Физико-химическое исследование механизма ингибирования коррозии стали тиогликольурилов

Введение. Выбор тиогликольурилов (3a,6а-бистолилтиогликольурил (БТГУ)) в качестве ингибитора коррозии основан на присутствии азота и кислорода в системе макроциклических молекул, что способствует электрофильной атаке. Это делает исследование их ингибирующих свойств значимым для производства экологически чистых и дешевых ингибиторов. БТГУ имеют сильную хемосорбцию на поверхности металла, это условие играет главную роль для адсорбционных свойств [1-2].

БТГУ содержит центры для π-электронов и донорных кислородов, которые играют большую роль в росте его адсорбционных свойств на поверхности металла в щелочной среде, содержащей ионы хлорида. Адсорбция БТГУ на поверхности низкоуглеродистой стали уменьшает площадь поверхности, доступную для атаки агрессивного иона из среды, содержащей сульфокислоты и ионы хлорида [3].

Основной целью этой исследовательской работы является изучение ингибирования коррозии стали (Ст. Н80) ингибиторами коррозии на основе БТГУ с использованием электрохимических измерений, для определения ингибирующих потенциалов в среде
1 M NaOH + 1 M NaCl, изучение влияния температуры на коррозию низкоуглеродистой стали.

Материалы и методы. Эксперименты прово­дились на образце низкоуглеродистой стали Н80, имеющем состав, % (мас.): Fe – 97.402 ; С – 0,397;
Mn – 1,59; Si – 0,162; Р – 0,013; S – 0,005; Сr – 0,12; Ni – 0,087; Сu – 0,203, Al - 0,021. ГОСТ 633-80.

Образцы из низкоуглеродистой стали, использо­ванные в эксперименте по снижению веса, механически разрезали на размеры 2.5 см × 2.5 см × 0.1 см, зачищали бумагой на основе SiC сорта 300, 450 и 550 соответственно. Для электрохимических исследований образцы из мягкой стали, имеющие размер 1.0 см ×
1.0 см × 0.1 см, механически разрезали и абразировали аналогично предыдущей процедуре с открытой площадью 1 см² (остальные покрыты Araldite-смолой) с длиной стержня 3 см. Перед началом эксперимента образцы низкоугле­родистой стали промывали дистиллированной водой и затем спиртом, обезжиривали в ацетоне, сушили и хранили в вакуумном эксикаторе.

Электрохимические измерения. Мы исполь­зовали Gamry Potentiostat / Galvanostat (Модель G-300), содержащий программное обеспечение EIS Gamry Instruments Inc., США, содержащее программный пакет Echem Analyst 6.22 для расчета электрохимических параметров. Прибор состоит из трехэлектродного стеклянного блока, в котором в качестве противоэлектрода выступает чистая платиновая фольга, насыщенная каломель выступает в качестве эталонного электрода и прямоугольного образца мягкой стали образца рабочего электрода Ст. Н80. Время погружения рабочего электрода составляет 30 мин, потому что в течение этого времени потенциал состояния не изменялся до проведения электрохимических экспериментов.

Сопротивление поляризации. Измерения поляризационного сопротивления проводились с параметрами поляризационного сопротивления, которые от –0.02 до 0.02 мВ, скорость сканирования (мВ/с) составляет 0.125, площадь образца 1 см², плотность г/см³ составляет 7.87.

Результаты и их обсуждение. Результаты измерения поляризационного сопротивления в исследуемых растворах представлены в таблице 1. В таблице 1 в качестве примера приведены результаты измерений поляризационного сопротивления стального зонда в среде 1 M NaOH + 1 M NaCl, а также в присутствии ингибиторов: БТГУ. Видно, что введение в фоновый раствор индивидуальных инги­биторов увеличивает поляризационное сопротив­ление, а при введении азот- и серосодержащих ингибиторов БТГУ наблюдается еще большее увеличение поляризационного сопротивления стального зонда. Такой результат указывает на резкое торможение электрохимического процесса и позволяет получить предварительные результаты об эффективности тех или иных ингибиторов.

Таблица 1.

Параметры поляризационных сопротивлений ингибиторов с различной концентрацией при 313 К в 1 M NaOH + 1 M NaCl -ном растворе

Таким образом, в работе впервые показано, что введение в БТГУ приводит к снижению скорости разряда протонов и ионизации металла, не только в активационной области, но и в области предельных токов. Снижение же предельных токов однозначно указывает на появление дополнительных диффузионных ограничений, связанных с образование фазовых поверхностных слоев. Образование фазовых слоев, в свою очередь, приводит к выводу о необходимости пересмотра корректности и применимости существующих адсорбционных теорий ингибиторной защиты металлов от коррозии. По степени снижения предельных токов разряда протонов и катодного восстановления кислорода можно судить как о степени защиты металлов от коррозионного разрушения, так и о механизме такой защиты.

Заключение. Эти ингибиторы доступные, нетоксичные, биоразлагаемые, эффективные и дешевые. Поляризационное сопротивление показало, что ингибиторы коррозии на основе БТГУ, катализируют растворение оксидной пленки.