Исследование ингибирование коррозии стали СТ20 новым ингибитором ИКФ-1

АННОТАЦИЯ

В статье исследован ингибитор ИКФ-1 на основе поликротонолдиамидофосфата, который, действуя как новые ингибиторы коррозии для стали Ст20 в растворе соляной кислоты (HCl), был оценен электрохимическими измерениями, измерением потери веса и сканирующей электронной микроскопией. Потенциодинамическое измерение поляризации показывает, что синтезированный ингибитор является эффективным ингибитором смешанного типа. Эффективность ингибирования увеличивается с увеличением концентрации ингибитора, уменьшается – с увеличением концентрации HCl и температуры.

ABSTRACT

The article investigated an ICF-1 inhibitor based on polycrotonol-diamidophosphate, which, acting as new corrosion inhibitors for steel St20 in a solution of hydrochloric acid (HCl), were evaluated by electrochemical measurements, weight loss measurements, and scanning electron microscopy. The potentiodynamic measurement of polarization shows that the synthesized inhibitor are effective mixed type inhibitors. The effectiveness of inhibition increases with increasing concentration of the inhibitor, decreases with increasing concentration of HCl and temperature.

Ключевые слова: поликротонолдиамидофосфат, ингибитор коррозии, кротоновый альдегид, диамидофосфат, коррозия металла.

Keywords: polycrotonol diamidophosphate, corrosion inhibitor, crotonic aldehyde, diamidophosphate, metal corrosion.

Введение. Кислотные растворы использовались для очистки, химической очистки и травления различных металлических конструкций и оборудования в промышленности [4]. Кислотное травление стали является важным этапом обработки для удаления оксидов, образующихся при отжиге и горячей прокатке [5]. На самом деле, использование ингибиторов коррозии во время кислотного травления стали, кажется, становится все более и более важным из-за наличия нежелательного и обширного воздействия [8], которое считается одним из наиболее практичных методов защиты металлов от коррозии и растворения [7]. По сравнению с другими существующими технологиями защиты от коррозии использование ингибиторов коррозии является эффективным и многообещающим методом с несколькими преимуществами: не требуется специального оборудования, низкая стоимость, проста эксплуатации и т.д.

Для разработки нового эффективного ингибитора коррозии и целью настоящей работы является исследование ингибирования коррозии стали Ст20 в растворе соляной кислоты (HCl) с помощью ИКФ-1 (поликротонолдиамидофосфат).

Экспериментальная часть. Поликротонолдиамидофосфат был синтезирован на основе кротонового альдегида и диамидофосфата. Исследовано поведение ингибированной коррозии стали (Ст20) в растворе HCl с помощью ИКФ-1 с использованием потенциодинамического измерения поляризации, измерения потери веса и сканирующего электронного микроскопа. Между тем влияние концентрации ингибитора, температуры и концентрации HCl на ингибирующее действие было детально исследовано.

Рабочий электрод и образцы для испытаний, используемые для оценки ингибирования коррозии, были изготовлены из стали (Ст20). Образцы, использованные для измерения потери веса и анализа, с помощью сканирующего электронного микроскопа были разрезаны на размеры 50 мм × 20 мм × 5 мм. Перед испытанием все образцы механически шлифовали наждачной бумагой, промывали дистиллированной водой, обезжиривали в ацетоне и затем сушили при комнатной температуре.

Испытуемые растворы готовили с помощью аналитической чистоты HCl (37 %) и дистиллированной воды. Во время потери веса и электрохимических измерений температуру испытуемого раствора контролировали водяным термостатом DF-101S (Китай) с точностью до ±0,1 °С, и все эксперименты были проведены на воздухе в статических условиях.

С помощью сканирующего электронного микроскопа изучали морфологию поверхности образцов для испытуемых образцов на сканирующем электронном микроскопе (SEM, Tescan Vega III) в высоком вакууме.

Результаты и обсуждение. На рис. 1 показано изменение потенциала (E_OCP) рабочего электрода из стали Ст20 со временем погружения (t) в 1,0 М HCl в отсутствие и в присутствии 60 мг/л ИКФ-1 при 303 K. Во всех случаях начальный потенциал сдвигается положительным значением со временем и постепенно остается устойчивым значением, что аналогично предыдущим опубликованным кривым E_OCP времени для стали в 1,0 М HCl [3; 1]. Между тем можно наблюдать, что после 30-минутного погружения наблюдаются только незначительные изменения в E_OCP. Следовательно, устойчивое состояние было достигнуто через 40 мин для электрохимических испытаний. Значение E_OCP при 30 мин в HCl без ингибитора составляет 0,4588 В (по сравнению с SCE). Потенциал стационарного состояния становится положительным после добавления ингибиторов к 1,0 М раствору HCl, что указывает на то, что коррозия стали Ст20 замедляется ингибитором ИКФ-1.

Рисунок 1. Кривые потенциала времени для стали Ст20 в 1,0 М HCl в отсутствие и в присутствии 60 мг∙л^–1 ИКФ-1 при 303 К

Рисунок 2. Потенциодинамические кривые поляризации для стали Ст20 в 1,0 М HCl при отсутствии и наличии различных концентраций ИКФ-1 при 303 К

При 303 К кривые потенциодинамической поляризации стали Ст20 в 1,0 М HCl в отсутствие и в присутствии различных концентраций ИКФ-1 показаны на рис. 2. Параметры электрохимической коррозии, включая потенциал коррозии E_corr (мV), плотность тока коррозии i_corr (μA см^–2) и эффективность торможения η_т (%), приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Параметры поляризации и соответствующая эффективность ингибирования для стали Ст20 в 1,0 М HCl в отсутствие и в присутствии различных концентраций ИКФ-1 при 303 К

Как показано на рис. 2 и в таблице 1, как анодная, так и катодная кривые сдвигаются к более низким плотностям тока, что указывает на то, что ингибитор может уменьшить анодное растворение в стали и замедлить восстановление ионов водорода. Эффект ингибирования усиливается с увеличением концентрации ИКФ-1 в результате адсорбции ингибиторов на поверхности электрода из стали. Одним из возможных механизмов является адсорбция трех ингибиторов на поверхности стали через электронную пару гетероатомов (N и O) и π-электронов C = O и P = O в молекулярной структуре ИКФ-1, который блокирует поверхность стали и снижает коррозионное притяжение стали в среде HCl.

По-видимому, плотность коррозионного тока при коррозии в стали в HCl намного меньше в присутствии ингибиторов по сравнению с таковой в отсутствие ингибитора и уменьшается с увеличением концентрации ингибитора. Соответственно, эффективность ингибирования увеличивается с увеличением концентрации ингибитора из-за увеличения заблокированной доли поверхности электрода из стали в результате адсорбции. В 1,0 М HCl с 100 мг∙л^–1 ингибитора эффективность ингибирования достигает максимум 98,78 %, что свидетельствует об эффективности ингибитора поликротонолдитиофосфата (ИКФ-1) для стали Ст20 в растворе HCl и эффективности ингибирования.

Кроме того, ингибитор может быть классифицирован как катодный или анодный, если смещение в потенциале коррозии превышает 82 мV относительно потенциала коррозии заготовки [2]. Потенциалы коррозии слегка смещаются в положительном или отрицательном направлении, указанном в таблице 1. Весь потенциал коррозии стали в 1,0 М HCl с ИКФ-1 при 303 К сдвигается менее чем на 82 мV, что указывает на то, что ИКФ-1 является ингибитором смешанного типа.

Таблица 2.

Скорость коррозии и соответствующая эффективность ингибирования для стали Ст20 в 1,0 М HCl в отсутствие и в присутствии различных концентраций ИКФ-1 при 303 К гравиметрическим методом

Из измерения потери веса соответствующая эффективность ингибирования (η_т, %) ИКФ-1 для стали в 1,0 М HCl при 303 К приведена в таблице 2. В этой таблице можно обнаружить, что повышение эффективности ингибирования с увеличением концентрации ингибитора, когда концентрация ингибитора увеличивается до 60 мг/л, происходит при дальнейшем увеличении концентрации ингибитора. Ингибирование коррозии объясняется адсорбцией компонентов, включающих гетероатомы (N, P и O) и η-электронов Р = О и С = О групп в молекулярных ингибиторах на поверхности стали Ст20. Полученные результаты показывают, что эффективность ингибирования исследованных соединений хорошо согласуется с результатами, полученными с помощью электрохимической поляризации и гравиметрическими методами. С увеличением концентрации ИКФ-1 до 100 мг/л эффективность ингибирования составляет 98,78 и 98,65, что также показывает, что этот ингибитор может действовать как эффективные ингибиторы коррозии для стали Ст20 в солянокислых средах.

Рисунок 3. СЭМ-микрофотографии стали Ст20, погруженной в 1,0 М HCl без (а) и (б) с 60 мг/л ингибитора ИКФ-1 при 303 К в течение 2 часов

На рис. 3 (a и б) показаны изображения сканирующей электронной микроскопии (SEM) стали Ст20, погруженной в 1,0 М HCl без и с 60 мг/л ингибитора ИКФ-1 в течение 2 часов при 303 К, которые использовались для изучения изменения произошедшей во время процесса коррозии в отсутствие и в присутствии ингибитора ИКФ-1. Погружение стали в незагрязненный раствор (солянокислотный раствор) наносит значительный ущерб вследствие растворения стали в солянокислотном растворе 1,0 М HCl (см. рис. 3 (а)), что приводит к довольно шероховатой поверхности. Результат показывает, что поверхность стали сильно корродирует в отсутствие ингибитора в 1,0 М HCl. В отличие от этого, как показано на рис. 3 (б), в присутствии 60 мг/л ИКФ-1 поверхность стали значительно меньше повреждается, что дополнительно подтверждает ингибирующее действие и адсорбцию ингибитора на поверхности стали Ст20.

Заключение. Таким образом, из полученных данных установлено, что эффективность ингибирования увеличивается с увеличением концентрации ингибитора коррозии, снижается с увеличением концентрации HCl и температуры. Измерения потенциодинамической поляризации показывают, что плотность тока коррозии значительно уменьшается, а потенциал коррозии незначительно изменяется при добавлении ИКФ-1 в раствор HCl, и синтезированный ингибитор оказывается ингибитором смешанного типа.

Список литературы:
1. Исследование ингибирующих свойств некоторых композиций / Х.С. Бекназаров, А.Т. Джалилов, З.И. Нуриллоев, А.Х. Нарзуллаев // Композиционные материалы. – Ташкент, 2018. – № 2. – С. 119–122.
2. Нуриллоев З.И., Бекназаров Х.С., Джалилов А.Т. Оценка эффективности ингибиторов кислотной коррозии конструкционной углеродистой стали марки 20 гравиметрическим методом // Развитие науки и технологий : научно-технический журнал. – Бухара, 2019. – № 2. – С. 42–47.
3. Нуриллоев З.И., Бекназаров Х.С., Джалилов А.Т. Исследование ингибирования коррозии стали 20 в 1М растворах H2SO4, исследованных методом атомно-абсорбционной спектрометрии // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. – 2019. – № 2 (59). – С. 56–64.
4. Chauhan L.R., Gunasekauran G. Corrosion inhibition of mild steel by plant extract in dilute HCl medium // Corros Sci. – 2007. – № 49. – P. 1143–1161.
5. Quinol-2-thione compounds as corrosion inhibitors for mild steel in acid solution / R.A. Prabhu, T.V. Venkatesha, A.V. Shanbhag, B.M. Praveen [et al.] // Mater Chem Phys. – 2008. – № 108. – P. 283–289.
6. Synergistic inhibition effects of bamboo leaf extract/major components and iodide ion on the corrosion of steel in H3PO4 solution / X.H. Li, S.D. Deng, H. Hu, X.G. Xie // Corros Sci. – 2014. – № 78. – P. 29–42.
7. Trabanelli G. Inhibitors-an old remedy for a new challenge // Corrosion. – 1991. – № 47. – P. 410–419.
8. Wang X.M., Yang H.Y., Wang F.H. A cationic gemini-surfactant as effective inhibitor for mild steel in HCl solutions // Corros Sci. – 2010. – № 52. – P. 1268–1276.