ингибиторы коррозии

ИНГИБИТОРЫ КОРРОЗИИ

хим. соединения или их композиции, присутствие которых в небольших количествах в агрессивной среде замедляет коррозию металлов. Защитное действие И. к. обусловлено изменением состояния поверхности металла вследствие адсорбции (адсорбц. И. к.) или образования с ионами металла труднорастворимых соединений. Последние образуют на поверхности пленку, которая существенно тоньше конверсионных защитных покрытий (см. защита от коррозии). Замедление коррозии происходит из-за уменьшения площади активной поверхности металла и изменения энергии активации электродных реакций, лимитирующих сложный коррозионный процесс. И. к. могут тормозить анодное растворение и вызывать пассивацию металла (анодные И. к.), снижать скорость катодного процесса (катодные И. к.) или замедлять оба эти процесса (смешанные И. к.). Защитное действие И. к. количественно оценивают: коэф. торможения γ =j₀/j_ин, где j₀ и j_ин — скорости коррозии (или величины, их характеризующие) в исходной и ингибир. среде соотв.; степенью защиты Z = (1 — 1/γ).100%; миним. концентрацией И., обеспечивающей заданный уровень Z. В общем случае эффективность ингибирования сильно зависит от состава среды, природы металла и условий процесса (температура, давление и т. п.); для кинетич. области протекания процесса обычно справедливо соотношение: γ = 10^kDy1 (1 — q)⁻¹, где q — степень заполнения поверхности адсорбир. ингибитором, DY₁ — изменение электродного Y₁ — потенциала в адсорбц. слое, k — эмпирич. постоянная, включающая кинетич. параметры электродных реакций (см. электрохимическая кинетика). Адсорбция И. к. и формирование на поверхности металла труднорастворимых слоев связаны с гидрофобностью поверхности и зарядом частиц, их способностью образовывать хим. связи с металлом или продуктами его взаимод. с компонентами агрессивной среды. Как правило, катионоактивные И. к. замедляют активное анодное растворение, т. е. эффективны в области электродных потенциалов, меньших критич. потенциала пассивации, или тормозят катодные реакции. Для предотвращения питтинговой коррозии более эффективны анионактивные И. к. Часто ионогенные И. к. используют в композиции с разл. добавками для более эффективной защиты металлов в широком диапазоне электродных потенциалов. Окислит. способность И. к. может придать ему высокие защитные свойства за счет облегчения пассивации металла, но реализация этих свойств сильно зависит от pH среды и наличия в ней агрессивных агентов (активаторов коррозии), в первую очередь анионов Cl⁻, Br⁻, I⁻, CNS⁻, HS⁻ и низших орг. кислот. И. к., не обладающие окислит. свойствами, но образующие труднорастворимые комплексы (соли) с ионами растворяющегося металла, также способны обеспечить пассивацию металла. Именно этим объясняется защита меди и ее сплавов во мн. средах ингибиторами класса азолов (бензотриазолом, бензимидазолом и др.). В случае образования прочной связи орг И. к. с металлом, сопровождающейся гидрофобизацией его поверхности, пассивация металла м. б. вызвана самой адсорбцией И. к. Связь эффективности разл. И. к. с их хим. структурой описывается на основе принципа линейности своб. энергии при варьировании, напр., заместителя в молекуле (см. корреляционные соотношения). Часто наблюдаемая инверсия знака эмпирич. параметра ρ в уравнениях типа Гаммета или Тафта объясняется разл. природой адсорбц. связи металл И. к. или сменой лимитирующей стадии гетерог. процесса. При постоянном реакц. центре в молекуле И. к., которым обычно является полярная группа, варьирование заместителя изменяет защитное действие. Это изменение м. б. представлено в виде суммы независимых составляющих взаимод. заместителя с реакц. центром электронных, стерических и сольватационных. Соотношение вкладов этих составляющих, как и тип электронного взаимод. (индукционное, мезомерное), зависит от природы металла, И. к. и растворителя Специфичность действия И. к. во многом определяется pH среды. Выделяют след. типы И. к.: 1. Ингибиторы кислотной коррозии. Применяются при кислотном травлении и очистке поверхности металлических изделий; для повышения эффективности химических источников тока; для защиты оборудования и трубопроводов газо-, нефтедобывающей или перерабатывающей промышленности. Обычно используют катодные или смешанные И. к., существенно замедляющие выделение H₂. Среди них наиб. эффективны амиды и амины или их производные, в т. ч. гетероалкилированные, четвертичные соед. аммония и фосфония, высокомол. и ацетиленовые спирты, некоторые альдегиды и мн. серосодержащие соединения. 2. Ингибиторы для нейтральных сред. Защищают разл. системы охлаждения и пром. водоснабжения, емкости балластной морской воды на судах и плавучих доках; предотвращают коррозию металлических изделий при хранении и транспортировке. В последнем случае И. к. наносят на поверхность металла в виде раствора или вводят как компонент лакокрасочного или воскового покрытия (контактные И. к.). Т. наз. летучие И. к. насыщают своими парами замкнутое пространство и адсорбируются на металле. В нейтральных средах шире, чем в кислых, применяют анодные и смешанные И., способствующие образованию устойчивого пассивного состояния металла благодаря облагораживанию потенциала питтингообразования. Такими И. к. являются хроматы, фосфаты, молибдаты, нитриты и др. соли неорг. кислот, алкил- или арилкарбоксилаты, аминокислоты, сульфонаты и алкилфосфаты. Хотя поверхностная активность И. к. однозначно не характеризует его эффективность, лучщую защиту обеспечивают анионы орг. кислот с числом углеродных атомов порядка 10–12, способные образовывать полимолекулярные адсорбц. слои. При высоких степенях заполнения q тормозится и диффузионная стадия процесса — подвод O₂ к металлу, которая часто лимитирует катодную реакцию. Эффективными катодными И. в некоторых средах являются катионы металлов, связывающиеся в малорастворимые гидроксиды (Zn²⁺, Ca²⁺ и др.), а также их комплексные соед., в первую очередь с полифосфатами и фосфонатными комплексонами. 3. Ингибиторы щелочной коррозии. Используются при щелочной обработке амфотерных металлов, в моющих составах, для уменьшения саморазряда щелочных хим. источников тока, защиты выпарного оборудования. Здесь адсорбц. И. к. применяют редко, но их сочетание с катионами или комплексонатами некоторых металлов способно резко повысить эффективность защиты. Большое число используемых И. к. обусловлено не только недостаточной универсальностью их защитного действия, но и жесткими требованиями технол., экономич. и экологич. характера, существенно различающимися в конкретных случаях применения. Так, ингибиторы кислотной коррозии должны одновременно препятствовать наводороживанию металла и уносу паров травильных ванн, не замедлять удаление окалины, быть устойчивыми к воздействию окислителей, не ухудшать сцепление разл. покрытий с металлом при их послед. нанесении и т. п. Высокое давление насыщ. паров некоторых И. к., полезное в определенных пределах для борьбы с атмосферной коррозией, недопустимо при использовании этих И. к. в оборотных охлаждающих системах, где они должны обладать антинакипным и бактерицидным действием. Необходимость совместимости И. к. с компонентами среды очевидна, но ее трудно достичь без варьирования состава И. к. при их применении, напр., в водно-орг. антифризах, жесткой воде, растворах сильных кислот, моющих или полировальных составах. В связи с этим все шире используют комбинир. методы, в которых применение И. к. сочетают с электрохимической защитой (обычно катодной), нанесением защитных покрытий или применением таких конструкц. материалов, защита которых легче обеспечивается И. к. Эффективность комбинир. защиты часто превышает суммарный эффект, определяемый применением каждого из методов в отдельности.

^{Лит.: Алцыбеева А. И., Левин С. 3., Ингибиторы коррозии металлов Справочник, Л., 1968; Григорьев В. П., Экилик В. В., Химическая структура и защитное действие ингибиторов коррозии, Ростов-н/Д., 1978; Итоги науки и техники. Сер. Коррозия и защита от коррозии, т. 7, М., 1978, Антропов Л. И., Макушин Е. М., Панасенко В. Ф., Ингибиторы коррозии металлов, К., 1981, Богданова Т. И., Шехтер Ю. Н., Ингибированные нефтяные составы для защиты от коррозии, М., 1984, Розенфельд И. Л., Персианцева В. П., Ингибиторы атмосферной коррозии М., 1985}

_{Ю. И. Кузнецов}