Ингибитор коррозии металлов в соляной и серной кислотах

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии в соляной и серной кислотах с помощью ингибиторов и может быть применено при травлении металлов в соляной и серной кислотах, а также для кислотных очисток оборудования. Ингибитор содержит, мас.%: n-иодбензаль-2-амино-5-нитрофенол 20,9-29,2; 5-бром-3-втор-бутил-6-метилурацил 33,5-42,9; уротропин 27,5-45,6. Использование ингибитора позволяет повысить степень защиты от коррозии стали, титана и хрома, а также снизить наводороживание стали. 2 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области защиты металлов от коррозии в соляной и серной кислотах с помощью ингибитора.

Известно использование уротропина для защиты стали в серной и соляной кислотах (Алцыбеева А.И., Левин С.З. Ингибиторы коррозии металлов - Л.: Химия, 1968, с.28-29). Однако защитный эффект уротропина для стали невелик и еще значительно меньше для других металлов. К недостаткам уротропина надо отнести и большую дозу его для достижения защитного эффекта (концентрация ингибитора составляет 2% или примерно 20 г/л, что значительно больше обычной порции замедлителя коррозии).

Наиболее близким к предлагаемому ингибитору по технической сущности и получаемому результату является продукт конденсации анилина и капринового альдегида (Турбина Е.Г., Ключников Н.Г. Защита стали от коррозии в соляной кислоте продуктами конденсации аминов и альдегидов. Сборник статей «Ингибиторы коррозии металлов». ЦНИИ технологии судостроения, изд. Судостроение, 1965 г., с. 124-129). Известный ингибитор защищает сталь лучше, чем уротропин, но степени защиты все же недостаточно велики (в 3, 5, 7 и соляной кислоте они составляют соответственно 92,07, 95,50 и 97,29%). Еще меньше эффективность защиты для титана и хрома. Известный ингибитор слабо тормозит наводороживание стали.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании ингибитора кислотной коррозии не только стали, но и титана и хрома. Разработанный ингибитор, состоящий из 3-х компонентов, обладает защитной способностью, значительно превосходящей таковую для известного ингибитора для всех трех названий металлов и, к тому же, существенно понижающий наводороживание стали. Высокая эффективность предлагаемого ингибитора связано с взаимным усилением совместного защитного действия (синергизмом) компонентов ингибитора. Для достижения указанной технической задачи предлагается в растворы серной и соляной кислот добавлять ингибитор. Содержащий в своем составе продукт конденсации амина и альдегида, в качестве которого берется n-иодбензаль-2-амино-5-нитрофенол, 5-бром-3-втор-бутил-6-метил-урацил и уротропин. Два первых вещества имеют следующее строение.

Компоненты ингибитора берутся в следующих концентрациях, мас.%:

n-иодбензаль-2-амино-5-нитрофенол	20,9-29,2
5-бром-3-втор-бутил-6-метил-урацил	33,5-42,9
уротропин	27,5-45,6

Растворение компонентов проводят в последовательности: продукт конденсации, производное урацила, уротропин.

Опыты по изменению скорости коррозии проводились гравиметрическим методом, наводороживание стали определялось на крутильной машине К-5 по числу оборотов образца стали до излома.

Результаты опытов собраны в таблицах 1 (опыты предлагаемым ингибитором) и 2 (с известным). Кроме того, приведены примеры проведенных опытов.

Пример 1. В 500 мл 5 н серной кислоты вводились 2,5 ингибитора, содержащего 29,2% продукта конденсации, 42,9% производного урацила и 27,9% уротропина. Компоненты по отдельности в названной последовательности растворялись в серной кислоте при энергичном перемешивании. В каждом опыте испытывались три стальных образца, имеющих размер 30×20×0,8 мм. При 20±1°С опыт продолжался 50 часов, при 90±1°С 0,5 часа. Образцы предварительно обрабатывались тонкой наждачной шкуркой, обезжиривались ацетоном, выдерживались в эксикаторе над хлоридом кальция в течение 2 часов и взвешивались на аналитических весах. Полученная по результатам взвешиваний скорость коррозии стали в чистой кислоте составляла при 20°С 9,2×10^-4 г/дм²·час, при 90°С 45,87 г/дм²·час в ингибированной кислоте соответственно 7,9×10^-6 и 0,297 г/дм²·час.

Из названных величин скоростей коррозии были вычислены коэффициенты торможения ингибитора (где V₁ и V₂ - скорости коррозии соответственно в чистой и ингибированной кислотах) при 20°С, равные 119,2 и 158,1 при 90°С. Найденные из K₁ степени защиты составили для 20°С 99,16 или 99,2%, для 90°С 99,37 или 99,4%.

Проведенные аналогичные опыты с отдельными компонентами ингибитора дали следующие величины К₁ для продукта конденсации 3,4% для производного урацила 3,9; для уротропина 2,1. Теоретический коэффициент торможения для смеси, найденный путем частных коэффициентов для каждого компонента, составляет 27,8, то есть в 4 раза меньше, чем экспериментная величина K₁=119,2. Следовательно, совместное действие компонентов приводит к значительному увеличению защитной эффективности предлагаемого ингибитора на стали. Косвенно на тот же эффект указывает повышение катодной и анодной поляризации в присутствии предлагаемого ингибитора, достигающей соответственно 120-140 металлов (для катодной кривой) и 70 - 80 металлов (для анодной). В случае введения в кислоту отдельных компонентов ингибитора поляризация в 3,4 раза ниже.

Для определения наводороживания стали проволочные образцы ее длиной 150 мм скручивались до излома на крутильной машине. В случае образцов, которые не травились в кислоте, число оборотов до излома составляло 55, для травления образцов в чистой кислоте 2, для кислоты с добавкой предлагаемого ингибитора 27 уменьшение числа оборотов для образцов в чистой кислоте Δn₁=53, в ингибированной Δn₂=28, отсюда был рассчитан коэффициент уменьшения наводороживания , степень защиты от наводороживания . Опыты проводились в 5-10 повторностях.

В последних сериях опытов данного примера были определены степени защиты от коррозии и от наводороживания для известного ингибитора (концентрация 5 г/л). Методика работы была той же, как и при опытах с предлагаемым ингибитором. Степень защиты стали от коррозии составила 91,7%; от наводороживания 8%.

Пример 2. Определялось торможение коррозии титана в 7 н соляной кислоте при 90°С с помощью предлагаемого и известного ингибиторов.

Методика опытов и расчетов не отличалась от использованной в примере 1 для коррозионных испытаний.

Найденный для титана коэффициент торможения предлагаемым ингибитором составил 12,4, степень защиты 91,9%. Для отдельных компонентов ингибитора частные коэффициенты торможения оказались равны: для продукта конденсации 1,3; для производного урацила 2,1 и уротропина 1,4. Таким образом, теоретический коэффициент составил 3,8 или почти в три раза меньше, чем для предлагаемого ингибитора. Следовательно, и в этом случае происходит явное усиление взаимного влияния компонентов торможения коррозии титана.

Для известного ингибитора, который был взят в концентрации 5 г/л, степень защиты титана в 7 н соляной кислоте при 90±1°С составила 45,9%.

Пример 3. Определялось торможение коррозии хрома в 5 н соляной кислоте при 90±1°С. Концентрация предлагаемого ингибитора и другие условия не отмечались от опыта в примере 1 (лишь размер образца был уменьшен вдвое, а время опыта в 2 раза увеличено). Степень защиты (и коэффициенты торможения) для температуры 90±1°С составляет 79,2% (4,8). Для отдельных компонентов ингибитора коэффициенты торможения имеют величины: для продукта конденсации 1,3; для производного урацила 1,3; для уротропина 1,1. Теоретический коэффициент торможения равен 1,8, то есть более чем в два раза меньше, чем полученные в опытах результаты. Таким образом, для предлагаемого ингибитора и для хрома наблюдается значительный эффект синергизма компонентов, если брать предлагаемый ингибитор в целом.

Сопоставление результатов, приведенных в таблицах и примерах, позволяет сделать следующие выводы:

1. Предлагаемый ингибитор защищает испытанные металлы более эффективно, чем известный, что особенно заметно для титана и хрома.

2. Весьма существенно превосходство предлагаемого ингибитора по сравнению с известным по торможению наводороживания стали.

Проведено дополнительно сравнительное изучение предлагаемого ингибитора с широко применяемым в практике ингибитором ПБ - 5, свидетельствует о преимуществе первого как по замедлению коррозии стали (например, коэффициенты торможения для предлагаемого ингибитора более 100, а для известного примерно 40), так и по устойчивости в травильных растворах (предлагаемый ингибитор не коагулирует ни в одной из испытанных кислот, в то время как ПБ - 5 коагулирует в обеих кислотах).

Коагуляция ингибитора ПБ - 5 наблюдается при накоплении солей в травильном растворе, что резко снижает защитное действие ингибитора. В тех же условиях эффективность предлагаемого ингибитора остается высокой.

Предлагаемый ингибитор можно рекомендовать для травления стали, титана и хромированных деталей, а также для кислотных очисток поверхностей указанных металлов.

Таблица 1 Торможение коррозии стали, титана и хрома и замедление наводороживания стали в серной и соляной кислотах предлагаемым ингибитором
№ п/п	Металл	Концентрация компонентов ингибитора, мас.%	Кислота и ее концентрация, г/экв./л	Температура, °С	Степень защиты, %
		От коррозии			От наводороживания
Продукт конденсации	Производные урацила	Уротропин
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Сталь	20,9	33,5	45,6	HCl 3	20	98,9	23,1
2	Сталь	25,0	38,7	36,3	HCl 3	20	99,6
3	Сталь	29,2	42,9	27,9	HCl 3	20	99,8	34,3
4	Сталь	20,9	33,5	45,6	HCl 5	20	98,1	24,3
5	Сталь	25,0	38,7	36,3	HCl 5	20	98,7
6	Сталь	29,2	42,9	27,9	HCl 5	20	99,7	35,4
7	Сталь	20,9	33,5	45,6	HCl 7	20	94,0
8	Сталь	25,0	38,7	36,3	HCl 7	20	96,9
9	Сталь	29,2	42,9	27,9	HCl 7	20	99,5
10	Сталь	20,9	33,5	45,6	HCl 3	90	94,5
11	Сталь	25,0	38,7	36,3	HCl 3	90	96,3
12	Сталь	29,2	42,9	27,9	HCl 3	90	99,7
13	Сталь	20,9	33,5	45,6	HCl 5	90	94,9
14	Сталь	25,0	38,7	36,3	HCl 5	90	97,6
15	Сталь	29,2	42,9	27,9	HCl 5	90	99,7
16	Сталь	20,9	33,5	45,6	HCl 7	90	96,0
17	Сталь	25,0	38,7	36,3	HCl 7	90	98,2
18	Сталь	29,2	42,9	27,9	HCl 7	90	99,2
19	Сталь	20,9	33,5	45,6	H2SO4 3	20	96,2	23,1
20	Сталь	25,0	38,7	36,3	H2SO4 3	20	96,3
21	Сталь	29,2	42,9	27,9	H2SO4 3	20	98,1	32,2
22	Сталь	20,9	33,5	45,6	H2SO4 5	20	95,8	23,3
23	Сталь	25,0	38,7	36,3	H2SO4 5	20	97,1
24	Сталь	29,2	42,9	27,9	H2SO4 5	20	99,2	47
25	Сталь	20,9	33,5	45,6	H2SO4 3	90	94,2
26	Сталь	25,0	38,7	36,3	H2SO4 3	90	97,7
27	Сталь	29,2	42,9	27,9	H2SO4 3	90	99,3
28	Сталь	20,9	33,5	45,6	H2SO4 5	90	93,9
29	Сталь	25,0	38,7	36,3	H2SO4 5	90	97,3
30	Сталь	29,2	42,9	27,9	H2SO4 3	90	99,4

1	2	3	4	5	6	7	8	9
31	Титан	20,9	33,5	45,6	HCl 7	20	76,5
32	Титан	25,0	38,7	36,3	HCl 7	20	79,2
33	Титан	29,2	42,9	27,9	HCl 7	20	81,1
34	Титан	20,9	33,5	45,6	HCl 7	90	85,5
35	Титан	25,0	38,7	36,3	HCl 7	90	87,9
36	Титан	29,2	42,9	27,9	HCl 7	90	91,9
37	Титан	20,9	33,5	45,5	H2SO4 8	20	70,3
38	Титан	25,0	38,7	36,3	H2SO4 8	20	73,3
39	Титан	29,2	42,9	27,9	H2SO4 8	20	75,1
40	Титан	20,9	33,5	45,6	H2SO4 8	90	79,2
41	Титан	25,0	38,7	36,3	H2SO4 8	90	80,9
42	Титан	29,2	42,9	27,9	H2SO4 8	90	87,0
43	Хром	20,9	33,5	45,6	HCl 5	90	69,2
44	Хром	25,0	38,7	36,3	HCl 5	90	73,5
45	Хром	29,2	42,9	27,9	HCl 5	90	79,2
46	Хром	20,9	33,5	45,6	H2SO4 5	90	65,2
47	Хром	25,0	38,7	36,3	H2SO4 5	90	68,4
48	Хром	29,2	42,9	27,9	H2SO4 5	90	73,8

Таблица 2 Торможение коррозии стали, титана и хрома, а также уменьшение наводороживания стали в серной и соляной кислотах известным ингибитором (продуктом конденсации анилина с каприновым альдегидом 5 г/л).
Металл	Кислота и ее концентрация, экв/л	Температура, °C	Степень защиты, %
От коррозии	От наводороживания
1	2	3	4	5
Сталь	HCl 3	20	92,07	2
Сталь	HCl 5	20	95,5	3
Сталь	HCl 7	20	97,29	5
Сталь	HCl 3	90	92,9
Сталь	HCl 5	90	94,3
Сталь	HCl 7	90	95,6
Сталь	H2SO4 3	20	91,9	6
Сталь	H2SO4 5	20	91,3	8
Сталь	H2SO4 3	9	92,3
Сталь	H2SO4 5	90	94,1
Титан	HCl 7	20	30,1
Титан	HCl 7	90	45,9
Титан	H2SO4 8	20	32,3
Титан	H2SO4 8	90	33,5
Хром	HCl 5	90	43,3
Хром	H2SO4 5	90	49,1

Ингибитор коррозии металлов в соляной и серной кислотах на основе продукта конденсации амина с альдегидом и уротропина, отличающийся тем, что в качестве продукта конденсации он содержит n-иодбензаль-2-амино-5-нитрофенол и дополнительно включает в свой состав 5-бром-6-втор-бутил-6-метилурацил при следующих концентрациях компонентов, мас.%:

n-иодбензаль-2-амино-5-нитрофенол	20,9-29,2
5-бром-6-втор-бутил-6-метилурацил	33,5-42,9
Уротропин	27,9-45,6