Пассивация поверхности металлов для защиты от атмосферной коррозии

Пассивация поверхности металлов для защиты от атмосферной коррозии

Реферат

Изобретение относится к технике защиты металлов от атмосферной коррозии с помощью контактных ингибиторов, в частности к получению из водных растворов устойчивых пассивирующих слоев на поверхности черных и цветных металлов, и может быть использовано для защиты прецизионных металлических изделий, а также в качестве подготовки поверхности к нанесению иных средств противокоррозионной защиты.

Известно значительное количество контактных ингибиторов, способных пассивировать поверхность металла и предназначенных для защиты металлов от атмосферной коррозии /И.Л. Розенфельд, В.П. Персианцева "Ингибиторы атмосферной коррозии". М.: Наука, 1985/ [1], /Kuznetsov Yu.I. Organic Inhibitors of Corrosion of Metals. 1996. New York: Plenum Press. 283 p./ [2]. Аналогами предлагаемого ингибитора являются нитриты щелочных и щелочноземельных металлов, неорганические и органические хроматы, маслосодержащие составы и ингибиторы адсорбционного типа /Кузнецов Ю.И. Успехи химии. 2004. Т.73. №1. С.79-93/ [3], например соли высших карбоновых кислот (олеат и др.). Однако нитриты и хроматы токсичны, а применение высших карбоксилатов и маслосодержащих составов не всегда удобно с технологической точки зрения, так как даже при использовании невысоких концентраций ингибитора поверхность может быть маслянистой, в щелях и зазорах могут образовываться сгустки, что в конечном итоге приводит к необходимости расконсервации. Кроме того, отработанные масляные композиции необходимо утилизировать.

Задача изобретения - создание ингибитора коррозии, модифицирующего поверхность металлов за счет создания на ней устойчивых ультратонких пассивирующих слоев, способных предотвращать атмосферную коррозию.

Поставленная задача достигается тем, что используемые для создания пассивирующих слоев на поверхности металла составы, содержащие в качестве активной основы соли карбоновых кислот и аминокислот (бензойной, фталевой, фенилантраниловой, олеиновой и др.), дополнительно содержат смесь комплексонатов фосфоновых кислот (нитрилотриметиленфософновой (НТФ), 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой (ОЭДФ), гексаметилендиаминтетраметиленфосфновой (ГМДТФ) с двух и трехвалентными металлами (цинк, магний, алюминий)), а также небольшие добавки соединений гетероциклического ряда (азолов), при следующем соотношении компонентов:

Эквимолярная смесь солей карбоновых кислот
и аминокислот	0,050-1,500
Эквимолярная смесь комплексонатов
фосфоновых кислот	0,050-0,500
Азол	0,015-0,150
Вода	остальное

Приготовление состава осуществляется простым смешением компонентов. Все компоненты являются товарными продуктами. Основное назначение фосфонатов - использование в качестве ингибитора коррозии металлов и солеотложения. Выбор фосфонатов в качестве компонента заявленного ингибитора обусловлен механизмом их защитного действия, связанным с образованием на поверхности защищаемого металла труднорастоворимых комплексов и гидроксида катиона-комплексообразователя [2].

Применение фосфонатов в составах для пассивации металлов может быть перспективным благодаря их низкой токсичности и способности образовывать устойчивые слои на поверхности металла при сравнительно малых концентрациях. С другой стороны, комплексонаты гидрофильны и, как следствие, обладают низкой поверхностной активностью. Необходимо также, чтобы другие компоненты пассивирующего состава не дестабилизировали комплексы фосфоновых кислот в объеме раствора.

В известной научно-технической и патентной литературе не обнаружены сведения об использовании водных растворов, содержащих смеси карбоновых кислот с комплексонатами фосфоновых кислот и азолами для модификации поверхности металлов и защиты от атмосферной коррозии.

Ниже приводятся примеры конкретных составов предлагаемого ингибитора и подробное описание изобретения, поясняющее его техническую сущность.

Испытания по оценке эффективности пассивирующих составов проводились в ходе следующих лабораторных опытов. Пластинки исследуемых металлов площадью 35 см² зачищали наждачной бумагой, обезжиривали, обертывали фильтровальной бумагой и выдерживали в эксикаторе в течение 24 ч. Затем на поверхности образцов формировали пассивирующую пленку погружением их при определенных условиях в растворы ингибиторов. Для иллюстрации эффективности защитных составов использованы эквимолярная смесь натриевых солей фталевой, бензойной, фенилантраниловой, олеиновой и других карбоновых кислот (КК); эквимолярная смесь комплексонатов ОЭДФ, НТФ и ГМДТФ с магнием и цинком (СК) и добавки бензотриазола (БТА). Толщина образующихся защитных слоев не превышает нескольких десятков нанометров.

Обработанные образцы высушивали на воздухе и помещали в герметичную ячейку над слоем воды с температурой 50°С. Замену воды проводили один раз в сутки, обеспечивая, таким образом, периодическую конденсацию влаги на поверхности металла. Критерием стойкости пассивной пленки являлось время до появления первого коррозионного поражения.

Таблица 1
Влияние состава раствора на защитные свойства получаемых пассивирующих слоев на некоторых черных и цветных металлах
№	Состав, мас.%	Время до появления первого коррозионного поражения, τкор, ч
Металлы
Сталь Ст3	Медь M1	Цинк Ц0	Сплав Д16	Латунь
1	без обработки	менее 1	28	12	64	22
2	0,220 СК	86	144	48	324	120
3	0,480 СК	120	190	76	340	144
4	0,048 БТА	72	320	92	288	276
5	1,150 КК	345	528	144	432	492
6	0,220 СК + 0,048 БТА	370	624	440	392	480
7	1,150 КК + 0,220 СК	402	690	472	528	624
8	1,150 КК + 0,220 СК + 0,024 БТА	920	1220	784	1040	1080

Данные табл.1 свидетельствуют, что индивидуальные компоненты хотя и способны обеспечить защиту металлов во влажной атмосфере, но эффективность такой защиты остается невысокой. В то же время использование смесей ингибиторов позволяет достичь высоких защитных свойств получаемых пленок, причем наиболее эффективной оказывается тройная композиция.

Преимущества заявляемого состава связаны с низкой токсичностью его компонентов, простотой приготовления, возможностью применения в малых концентрациях и малой толщиной защитных слоев, что снимает необходимость расконсервации изделий и позволяет использовать его для защиты прецизионных изделий.

Пассивирующий состав для защиты металлов от атмосферной коррозии, содержащий в качестве активной основы соли карбоновых кислот и аминокислот, отличающийся тем, что он дополнительно содержит комплексонаты фосфоновых кислот с двух и трехвалентными металлами в композиции с соединением класса азолов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

эквимолярная смесь солей
карбоновых кислот и аминокислот	0,050-1,500
эквимолярная смесь комплексонатов
фосфоновых кислот	0,050-0,500
соединение класса азолов	0,015-0,150
вода	остальное