Ингибитор коррозии металлов в серной, соляной и сульфаминовой кислотах

Изобретение относится к области защиты металлов от кислотной коррозии с помощью ингибиторов и может быть использовано при травлении стали, титана и хрома, а также для кислотных очисток оборудования. Ингибитор содержит, мас.%: β-оксинафталь-м-нитроанилин 18,1-23,9, O,O-ди(пропил)-S-(2-метилпиперидил-1-карбметил)дитиофосфат 13,7-11,9, 1,1'-этилен-2,2'-дипиридилийдииодид 27,3-16,4, уротропин 40,9-47,8. Применение ингибитора приводит к повышению степени защиты стали, титана и хрома, а также к снижению наводороживания стали. 2 табл.

 

Изобретение относится к области защиты металлов от кислотной коррозии с помощью ингибиторов и может быть применено в машиностроении при травлении металлов, а также для кислотных очисток оборудования и промывок скважин.

Известно применение уротропина для защиты стали в серной, соляной и сульфаминовой кислотах (Алцыбеева А.И., Левин С.З. Ингибиторы коррозии металлов. - Л.: Химия, 1968, с.28-29). Защита стали в кислотах с помощью уротропина недостаточно эффективна. Еще слабее уротропин защищает другие металлы. Кроме того, для достижения защитного действия уротропин приходится применять в высоких концентрациях (до 2%).

Наиболее близким к предлагаемому ингибитору по технической сущности и полученным результатам является продукт конденсации капринового альдегида с анилином (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. - Судостроение, 1965, с.124-129.). Известный ингибитор защищает сталь лучше, чем уротропин, но и в том случае степени защиты все же недостаточно велики (92,07; 95,50; 97,29% в 3,5 и 7 н. соляной кислоте). При защите известным ингибитором титана и хрома степень защиты значительно меньше. Он слабо защищает сталь от наводороживания.

При разработке предлагаемого ингибитора ставилась задача создать более эффективный ингибитор кислотной коррозии не только для стали, но и для титана и хрома. Положительный эффект изобретения возникает за счет синергизма (взаимного усиления действия) компонентов предлагаемого ингибитора.

Для решения поставленной технической задачи было предложено использовать ингибитор, содержащий β-оксинафталь-м-нитроанилин (I), O,O-ди(пропил)-S-(2-метилпиперидил-1-карбметил)дитиофосфат (II), 1,1'-этилен-2,2'-дипиридилийдииодид (III) и уротропин. Первые три компонента представляют собой следующие структуры:

Указанные вещества входят в состав ингибитора в следующих концентрациях (мас.%):

β-оксинафталь-м-нитроанилин	18,1-23,9
О,О-ди(пропил)-S-(2-метилпиперидил-1-карбметил)дитиофосфат	13,7-11,9
1,1'-этилен-2,2'-дипиридилийдииодид	27,3-16,4
уротропин	40,9-47,8

В первую очередь в кислоте растворяют продукт конденсации, затем дитиофосфат, производное дипиридилия и уротропин. Испытания эффективности ингибитора проводили как объемным (по объему выделившегося водорода), так и гравиметрическим методами.

Пример I. В 500 мл 3 н. H₂SO₄ растворен ингибитор, содержащий продукт конденсации 18,1 мас.%, дииодид 27,9 мас.%, дитиофосфат 13,7 мас.%, уротропин 40,9 мас.%. В чистую и ингибированную кислоту были помещены по три образца стали размером 30×20×1 мм, которые предварительно очищались наждачной бумагой, обезжиривались ацетоном, выдерживались два часа в эксикаторе над прокаленным хлоридом кальция и взвешивались на аналитических весах. Образцы выдерживались в растворах 48 ч при (20±1)°С и 0,5 ч при (90±1)°С.

В результате проведенных опытов были определены скорости коррозии стали в чистой кислоте при 20°С 8,58·10^-4 г/дм³·ч и при 90°С 44,45 г/дм³·ч; в ингибированной кислоте соответственно 1,46·10^-5 и 0,27 г/дм³·ч. По полученным данным рассчитанные величины коэффициентов торможения К_т составили при 20°С 58,8, при 90°С 166,6. По значениям К_T получены величины степеней защиты, которые оказались равны соответственно 98,3 (для 20°С) и 99,4% (для 90°С).

Для отдельных компонентов ингибитора получены следующие величины К_T:

продукт конденсации	2,9
дииодид	2,5
дитиофосфат	2,5
уротропин	1,7

Теоретическое значение общего К, полученное при перемножении частных К_T, равен 29,8, т.е. почти в 2 раза меньше экспериментальной величины, что является свидетельством о наблюдаемом синергизме компонентов ингибитора. Катодная и анодная поляризация для стали в ингибированной кислоте составляет соответственно около 100 и 60 милливольт, а для отдельных компонентов 5-15 и 5-10 милливольт, что также свидетельствует о синергетическом усилении защитного действия компонентов в ингибиторе.

Наводороживание стали определялось по скручиванию проволочных образцов на крутильной машине К-5. Брались образцы, которые 1) не травились или травились в 2) неингибированной и 3) ингибированной кислотах. Фиксировалось число оборотов до излома для указанных категорий образцов N₁, N₂ и N₃. Затем находились разности ΔN'=N₁-N₂ и N"=N₁-N₃, на основе их определяли коэффициент торможения наводороживания и пересчитывали на степень защиты

С известным ингибитором степень защиты стали от коррозии составила 91,1% от наводороживания 5%.

Пример II. При экспериментах с титаном в 7 н. соляной кислоте (90°С) с тем же ингибитором, что и в примере I, коэффициент торможения коррозии 12,5 (z=92%). Для отдельных компонентов ингибитора были определены в опытах следующие К_T:

продукт конденсации	2,1
дииодид	1,1
дитиофосфат	1,2
уротропин	1,5

Теоретический коэффициент торможения для компонентов 4,16. Таким образом, экспериментальный К_T почти в 3 раза больше, что указывает на синергизм компонентов и для титана.

Коэффициент торможения для известного ингибитора составил 1,7, т.е. значительно ниже, чем для предлагаемого.

Из приведенных примеров и данных таблиц можно сделать следующие выводы.

1. Предлагаемый ингибитор несколько повышает эффективность защиты стали от коррозии и весьма значительно увеличивает подавление коррозии для титана и хрома по сравнению с известным ингибитором.

2. Для стали торможение наводороживания предлагаемым ингибитором существенно выше, чем при использовании известного ингибитора.

Дополнительные опыты, проведенные с ингибитором ПБ-5, широко применяемым в практике защиты стали от коррозии, показали заметное преимущество предлагаемого ингибитора (К_T около 60) перед ПБ-5 (К_T=44). Следует также отметить, что предлагаемый ингибитор не коагулирует при накоплении ионов железа в травильном растворе, в отличие от ПБ-5.

Как уже отмечалось, положительный эффект применения предлагаемого ингибитора объясняется синергетическим усилением совместного действия его компонентов.

Предлагаемый ингибитор рекомендуется для применения при кислотном травлении стали, титана и хрома, а также при кислотных очистках соответствующего оборудования.

Таблица 2 Торможение коррозии стали, титана и хрома и торможение наводороживания в соляной, серной и сульфаминовой кислотах известным ингибитором (продуктом конденсации анилина с каприновым альдегидом, концентрация 5 г/л)
№ п/п	Металл	Кислота и ее концентрация, экв/л	t, °C	Степень защиты, %
от коррозиии	от наводороживания
	1	2	3	4	5
1	сталь	H2SO4, 3	20	91,1	5
2	-//-	H2SO4, 5	-//-	90,9	9
3	-//-	H2SO4, 3	90	90,8
4	-//-	H2SO4, 5	-//-	87,7
5	-//-	HCl, 3	20	92,5	2
6	-//-	HCl, 5	-//-	94,9	3
7	-//-	HCl, 3	90	90,2
8	-//-	HCl, 5	-//-	90,0
9	-//-	HCl, 7	20	97,3	5
10	-//-	HCl, 7	90	96,2
11	-//-	NH2SO2OH, 1	20	49,5	9
12	-//-	-//-, 1	90	45,0
13	титан	H2SO4, 8	20	44,3
14	-//-	-//-, 8	90	46,0
15	-//-	HCl, 7	20	30,1
16	-//-	-//-, 7	90	41,0
17	-//-	NH2SO2OH, 1	20	33,3
18	хром	H2SO4, 5	90	49,1
19	-//-	HCl, 5	90	45,0

Ингибитор коррозии металлов в серной, соляной и сульфаминовой кислотах, содержащий продукт конденсации амина с альдегидом, отличающийся тем, что он дополнительно содержит O,O-ди(пропил)-S-(2-метилпиперидил-1-карбметил)дитиофосфат, 1,1'-этилен-2,2'-дипиридилийдииодид и уротропин, а в качестве продукта конденсации - β-оксинафталь-м-нитроанилин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

β-Оксинафталь-м-нитроанилин	18,1-23,9
O,O-ди(Пропил)-S-(2-метилпиперидил-1-карбметил)дитиофосфат	13,7-11,9
1,1'-Этилен-2,2'-дипиридилийдииодид	27,3-16,4
Уротропин	40,9-47,8