Для чего применяют ингибиторы
Коррозии подвержены металлы и некоторые другие материалы. Если коррозия разрушает структуру материала, тогда изделие теряет свои эксплуатационные качества, что приводит к аварийно-опасным ситуациям. Одним из средств решения этой проблемы являются ингибиторы коррозии металлов.
Описание ингибиторов
Что такое ингибитор коррозии? Ингибиторы коррозии – это специальные вещества, которые приостанавливают (задерживают) процесс химических и физических реакций. Ингибиторы коррозии занимают особое место в ряду таких веществ.
К ингибиторам относят средства, которые образуют на поверхности металла особую защитную пленку, которые получается в процессе реакции раствора ингибитора и продуктов коррозии.
Появление соединений, которые замедляют коррозийные процессы, стало прорывом. На данный момент, большинство способов защиты – это защита с помощью ингибиторов. В этом качестве наиболее популярны, такие вещества как амины, азотсодержащие вещества, мочевина, сульфиды, альдегиды и др.
Эффективность защитных процессов с участием ингибиторов, напрямую зависит от металла, особенностей внешней среды, давления на материал и т.п.
Стоит отметить, что работа ингибиторная защита от коррозии не постоянно, попадая в раствор, добавка постепенно растворяется, поэтому в будущем необходимо добавлять его в агрессивную среду небольшими порциями.
Виды и применение ингибиторов коррозии металлов
К основным видам ингибиторов относят:
Существует классификация ингибиторов по происхождению:
Принцип действия ингибиторов
Классификация ингибиторов по механизму действия
Распространенные типы кислотных ингибиторов
К свойствам кислотных ингибиторов так же можно дописать тот факт, что при нанесении их на материал, он еще и очищает его от образовавшихся окалин и различных оксидных пленок. Также добавка не меняет своих свойств, не трансформируется, не разрушается при увеличении температуры внешней среды.
На отечественном рынке чаще всего можно встретить такие ингибиторы коррозии как И-5-В и И-5-ВМ. Данные добавки предназначены для изделий из низкоуглеродистых, среднеуглеродистых и высокоуглеродистых и легированных сталей. Они эффективно применяются в промышленности, а также оба ингибитора можно совмещать друг с другом.
Применение ингибиторов коррозии с таким составом снижает угар металла, способствует очищению поверхности протравленного материала, а также благоприятно влияет на санитарно-гигиенические условия труда.
Свойства ингибиторов коррозии
Все свойства ингибиторов сводятся к антикоррозийной защите металлических изделий. Механизм работы прост: ингибитор в составе раствора наносится на поверхность элемента и защищает его от внешнего влияния агрессивных сред. Защита создается с помощью адсорбции (увеличения концентрации ингибитора в растворе и на поверхности материала, соответственно) на металлическом элементе. После появления защитной пленки, главная ее задача – быть полностью нейтральной к воздействиям извне, не менять своих свойств под давлением, температурой и т.д., только в таком случае, ингибитор сможет проявить свои свойства в полной мере и защитить конструкцию в целом.
Ингибитор коррозии катодный
Данный тип добавок замедляет растворение металл при катодном процессе. Потенциал системы из своего обычного нейтрального состояния уходит в отрицательную сторону, что приводит к уменьшению коррозийного тока, и на поверхности образуется антикоррозийная пленка. Эта пленка является трудно растворимой не только для нормальных условий, но и для многих агрессивных сред. Она становится барьером между внешней средой и металлом, сохраняя его целостность.
Катодная ингибиторная защита от коррозии, что это? Чаще всего это соединения, которые увеличивают кислотность среды, что снижает возможность растворения металла.
Катодные добавки не применяются в кислых средах, так как там они не эффективны.
Как отмечалось ранее, ингибитор перед применением должен быть растворен в каком-либо веществе, самый простой – вода. Специалистами подбирается верная концентрацию добавки в данном объеме воды.
Стоит отметить, что данный тип веществ является наименее эффективным, в сравнении с анодными и смешанными ингибиторами.
Анодные ингибиторы коррозии
Данные вещества являются пассиваторами – вещества, переходящие из активного состояния в пассивное и образующие пленку. Эта пленка защищает металлический элемент. Коррозия замедляется вследствие уменьшения скорости перехода ионов металла в раствор, а также уменьшается площадь анодных участков, покрытых пленкой, за счет их разделения.
Именно анодные добавки, если с ними переборщить, могут не уменьшить, а ускорить коррозионное разрушение материала. Популярны карбонаты, силикаты, фосфаты, нитрит натрия, как ингибиторы анодной коррозии.
Смешанные ингибиторы коррозии
Смешанные добавки – это хроматы. Хроматы значительно тормозят анодную и катодную реакцию вместе, поэтому они являются наиболее эффективными. Процесс такой реакции протекает по окислительному типу.
Применение ингибиторов в нефтегазовой промышленности
Нефть и газ являются достаточно агрессивными средами, так как в них находятся едкие вещества, которые способны разъедать материалы и пагубно влиять на здоровье человека. Исходя из этого, специальные добавки для защиты металлических конструкций, применяют на любой стадии добычи, транспортировки, хранения и эксплуатации нефти и газа. Важным аспектом является то, что ингибитор на всех этих стадиях желательно применять один и тот же.
Кроме защиты металла, в сами нефтепродукты могут добавляться примеси, которые делают ее менее агрессивной средой: антикоррозийные ингибиторы парафинообразования, антивоспламенители и антивспениватели. Наиболее распространенное вещество для защиты магистральных нефте- и газопроводов – соединения на основе аминов.
Применение ингибиторов в бытовых условиях
Процессы коррозии поражают не только металлические изделия промышленных и строительных производств, но и любые металлические изделия у нас дома, а также машины и приборы.
Самое простое домашнее средство с ингибитором – это грунтовка. Как всегда, поверхность необходимо подготовить, а потом загрунтовать шпателем или кисточкой. Грунтовка создает на изделии защитный слой, разделяя металл и окружающую среду.
Некоторые лакокрасочные покрытия также имеют в своем составе ингибиторы.
Наиболее простые и понятные ингибиторы для домашнего обихода – сурик (свинцовая краска красного цвета) добавленный в грунтовку, добавленные в раствор ортофосфаты железа или цинка и т.п.
Свинцовая краска красного цвета
Применение ингибиторов при обработке техники
Коррозия в технике является наибольшей угрозой для жизни человека. Зачастую коррозирующий участок в большом элементе не так страшен, как коррозия на участке болтового соединения или сварного шва.
Чаще всего, конечно, с проблемой ржавчины сталкиваются владельцы авто и везут свои машины на СТО для того, чтобы там специалисты сами обработали материал и нанесли антикоррозийное покрытие с применением ингибиторов или нет.
Разрушение техники сложно приостановить, так как участки, подверженные разрушению обычно труднодоступны, затруднительна обработка ингибитором коррозии, и очистка пораженного участка. В малодоступных местах стараются применять жидкие составы для их лучшего нанесения и распределения – масла, битумные горячие составы, мягкие смазки и т.д.
Заключение
В целом, ингибиторы коррозии металлов увеличили срок работоспособности изделий и техники. С их помощью появилась возможность четко провести границу между элементом и окружающей средой и надолго приостановить развитие коррозии. Теперь это все доступное защитное средство, имеющее широкий выбор и различный ценовой диапазон.
Ингибитор коррозии. Ингибиторная защита трубопроводов
Реализация программ ингибирования требует в несколько раз меньше средств, чем замена трубопроводов.
Ингибиторы для защиты от коррозии используются в нефтегазовой отрасли промышленности с 1940 х гг.
По механизму действия ингибиторы делятся на адсорбционные и пассивационные.
Ингибиторы-пассиваторы вызывают формирование на поверхности металла защитной пленки и способствуют переходу металла в пассивное состояние.
Наиболее широко пассиваторы применяются для борьбы с коррозией в нейтральных или близких к ним средах, где коррозия протекает преимущественно с кислородной деполяризацией.
Механизм действия таких ингибиторов различен и в значительной степени определяется их химическим составом и строением.
Различают несколько видов пассивирующих ингибиторов, например, неорганические вещества с окислительными свойствами (нитриты, молибдаты, хроматы).
Последние способны создавать защитные оксидные пленки на поверхности корродирующего металла.
В этом случае, как правило, наблюдается смещение потенциала в сторону положительных значений до величины, отвечающей выделению кислорода из молекул воды или ионов гидроксила.
При этом на металле хемосорбируются образующиеся атомы кислорода, которые блокируют наиболее активные центры поверхности металла и создают добавочный скачок потенциала, замедляющий растворение металла.
Возникающий хемосорбционный слой близок по составу к поверхностному оксиду.
Большую группу составляют пассиваторы, образующие с ионами корродирующего металла труднорастворимые соединения.
Формирующийся в этом случае осадок соли, если он достаточно плотный и хорошо сцеплен с поверхностью металла, защищает ее от контакта с агрессивной средой.
К таким ингибиторам относятся полифосфаты, силикаты, карбонаты щелочных металлов.
Отдельную группу составляют органические соединения, которые не являются окислителями, но способствует адсорбции растворенного кислорода, что приводит к пассивации.
К их числу для нейтральных сред относятся бензонат натрия, натриевая соль коричной кислоты.
В деаэрированной воде ингибирующее действие бензоата на коррозию железа не наблюдается.
Частицы адсорбционных ингибиторов (в зависимости от строения ингибитора и состава среды они могут быть в виде катионов, анионов и нейтральных молекул), электростатически или химически взаимодействуя с поверхностью металла (физическая адсорбция или хемосорбция соответственно) закрепляются на ней, что приводит к торможению коррозионного процесса.
Следовательно, эффективность ингибирующего действия большинства органических соединений определяется их адсорбционной способностью при контакте с поверхностью металла.
Как правило, эта способность достаточно велика из-за наличия в молекулах атомов или функциональных групп, обеспечивающих активное адсорбционное взаимодействие ингибитора с металлом.
Такими активными группами могут быть азот-, серо-, кислород- и фосфорсодержащие группы, которые адсорбируются на металле благодаря донорно-акцепторным и водородным связям.
Наиболее широко распространенными являются ингибиторы на основе азотсодержащих соединений.
Защитный эффект проявляют:
алифатические амины и их соли,
азотсодержащие 5-членные (бензимидозолы, имидазолины, бензотриазолы и т.д.) и 6-членные (пиридины, хинолины, пиперидины и т.д.) гетероциклы.
Большой интерес представляют соединения, содержащие в молекуле атомы серы.
К ним относятся тиолы, полисульфиды, тиосемикарбазиды, сульфиды, сульфоксиды, сульфонаты, тиобензамиды, тиокарбаматы, тиомочевины, тиосульфокислоты, тиофены, серосодержащие триазолы и тетразолы, тиоционаты, меркаптаны, серосодержащие альдегиды, кетосульфиды, тиоэфиры, дитиацикланы и т.д.
Из фосфорсодержащих соединений в качестве ингибиторов коррозии используются тиофосфаты, пирофосфаты, фосфорамиды, фосфоновые кислоты, фосфонаты, диалкил- и диарилфосфаты.
Кислород обладает наименьшими защитными свойствами в ряду гетероатомов: кислород, азот, сера, селен, но на основе кислородсодержащих соединений возможно создание высокоэффективных ингибиторных композиций.
Нашли применение пираны, пирины, диоксаны, фенолы, циклические и линейные эфиры, эфиры аллиловых спиртов, бензальдегиды и бензойные кислоты, димочевины, спирты, фураны, диоксоланы, ацетали, диоксоцикланы и др.
В последние годы при разработке ингибиторов коррозии наметилась тенденция к применению сырья, содержащего переходные металлы, комплексы на их основе и комплексообразующие соединения, которые взаимодействуют с переходными металлами, присутствующими в электролите или на защищаемой поверхности.
Доказано, что на основе таких соединений и комплексов, используя в качестве сырья отходы катализаторных производств и отработанные катализаторы, можно создать высокоэффективные экологически чистые ингибиторы коррозии углеродистых сталей в водных средах.
Применение ингибиторов
Существуют специальные вещества, которые способны замедлить образование коррозии на поверхности металлических конструкций. Удивительно, но ингибиторы, которые предварительно вводятся уже образовавшиеся коррозийную среду и способны повлияет на скорость протекания большинство химических реакций, провоцирующих ржавчину и последующее разрушение материала.
Таким образом, ингибитор кислотной коррозии способен регулировать ее распространение по материалу.
Благодаря этому сложному изобретению можно:
Из-за коррозии сотни предприятий ежегодно получают большие финансовые убытки. Это спровоцировано тем, что участки коррозии быстро распространяются, заполняя собой всю поверхность конструкции. Таким образом, происходит ее полное разрушение. В дальнейшем подобное оборудование не пригодно для последующей эксплуатации, не нуждается в полной замене. Ингибиторы способствует тому, что задерживают распространения коррозии. Поэтому производители выигрывают время за счет применения подобных средств.
Назначение ингибиторов
Наибольшую ценность для технологов представляют особые органические соединения, способные в правильных пропорциях выступать основными ингибиторами коррозии.
Однако вся проблема состоит в том, что подобные химические элементы и вещества стоят значительные финансовые средства. Производителям приходится выбирать между периодической заменой различного оборудования из металла и применения подобных дорогостоящих веществ.
С одной стороны, выгоднее всего один раз заплатить для того, чтобы обеспечить себя запасным защитных веществ, позволяющих предупредить появление коррозии и замедлить ее развитие. Если она уже появилась на стенках какой- либо поверхности, то со временем все равно придется обеспечить полноценную замену всего присутствующего на данной территории оборудования.
Ни один ингибитор в мире не способен избавить от коррозии на 100%.
Поэтому ингибитор коррозии, применение которого так популярно среди большинства производителей, желающих сэкономить на замене некоторых деталей, уже пораженных коррозией не является универсальным средством борьбы с ней.
Но у производителей есть и другой выбор. Они могут изначально закупать оборудование, созданное с учетом специальных стойких коррозии материалов. Такие товары уже обработаны защитным покрытием и ржавчина на стенках не образуется. Конечно же, у них также есть свой срок эксплуатации. Однако, таким образом, производители переплачивают дважды не только за дешевый материал, который выходит из строя, но из-за всевозможных ингибиторов, лишь на некоторое время замедляющих протекания химических реакций на поверхности материала.
Основной причиной, провоцирующей возникновение коррозии, является вода, попадающая на поверхность различных материалов.
Например, если труба постоянно взаимодействует с водой, это ускорит протекание определённых химических реакций. В результате коррозия образуется на поверхности трубы значительно быстрее.
Некоторые предприятия нуждаются в замене составных элементов покрытия даже без использования ингибиторов. Например, чтобы предотвратить последующее растрескивание в крепеже различного оборудования, которое участвует в транспортировке нефти или же работе с ней, нужно использовать трубы, сделанные из специального материала. В данном случае экономия неуместна, так как нефть относится к группе легковоспламеняющихся жидкостей. Поэтому работать с ней нужно очень осторожно. В принципе это же касается и природного газа, а также других полезных для промышленности веществ и различных материалов.
С одной стороны, защитные покрытия стоят немалых денег, но они способствуют обеспечению дополнительной защиты для всего предприятия, занимающегося производством различных видов товаров.
На данный момент правительств многих стран старается закупать или же производить вещества:
Таблица. Физико-химические свойства и способы применения ингибиторов.
Как защитить покрытие от коррозии
Существует несколько способов, позволяющих обеспечить защиту покрытий от появления неприятных последствий, спровоцированных коррозией. Наиболее популярными является использование плазменных или же диффузионных типов покрытий, а также нанесение особой смазки, которая содержит ингибиторы.
Всё дело в том, что защита коррозии ингибиторами эффективна лишь в том случае, если после замедления распространения ржавчины, вся металлическая конструкция в скором времени будет заменена на новую.
Но при помощи использования ингибирующих смазок появляется уникальная возможность повлиять на процессы протекания химических реакций на поверхности материала. В результате можно значительно замедлить распространение площади коррозии, её перехода на другие типы конструкций.
Защитное действие ингибирующих смазок фактически состоит в том, чтобы «собрать» излишнюю воду, которая постепенно скапливается на всей площади поверхности металла.
Таким образом, при помощи сил адгезии происходит последующее образование прочного слоя. Данная, так называемая защитная плёнка представляет собой особый адсорбционный слой, позволяющий предотвратить попадание воды на металл.
Металл защищён от коррозии, так как находится в изоляции от воды, воздуха и других атмосферных воздействий. Плёнка не разрушается со временем, благодаря этому происходит процесс замедление последующего разрушения материалов.
Органические ингибиторы
Целесообразным с точки зрения финансовых вложений в производство и наиболее дешёвым методом борьбы с распространением коррозии является применение ингибиторов. Они эффективны в большинстве случаев. Но стоит не забывать и о том, что существуют такие участки на поверхности, которые уже не подлежат восстановлению или же замедлению протекания процессов коррозии. В данном случае лучше сразу воспользоваться соответствующими инструментами и совершить демонтаж части поверхности, только в том случае, если это возможно. Новая деталь обеспечит дополнительную прочность и долговечность всей поверхности металла.
Применение этого метода позволяет при помощи использования особых технологий создать определённую среду, обеспечивающую борьбу не только с самой коррозией, но и с её последствиями, выраженными уже разрушенными частями конструкции.
Большая часть всех, уже открытых или же усовершенствованных в мире ингибиторов являются органическими. Они функционируют посредством использования процессов адсорбции. Уже образованные слои выполняют функции фазовых или же энергетических типов барьеров.
Состав ингибиторов
У каждого ингибитора при этом свой собственный механизм работы, который зависит не только от условий среды, но и от состава самого вещества, обеспечивающего защиту металла и других материалов от коррозии.
Большинство профессоров при этом пришли к выводу, что механизмы работы ингибиторов во многом зависят от их происхождения и составных элементов вещества.
Но при этом даже сам ингибитор нуждается в применении дополнительных веществ и химических элементов для того, чтобы начать свою работу. Для ингибитора, который впоследствии способен растворяться в масле используют литиевую соль. Иногда вспомогательным элементом выступает алкенилянтарная кислота. Другими химическими веществами, функционирующими в качестве дополнительных составных частей для самого ингибитора, являются магниевые соли. Но только они должны быть в обязательном порядке извлечены из органических кислот.
Кроме основной защитной функции ингибиторы так же позволяют улучшать свойства некоторых материалов. Например, если от длительного взаимодействия с водой на поверхности металла появляются первые признаки коррозии, выраженные ржавчиной, то именно ингибитор позволяет увеличить способность масла к отталкиванию жидкостей.
Особой популярностью в наше время пользуются ингибиторы коррозии, основанные на органических соединениях. Ведь механизмы их работы во многом зависят от соблюдения многих условий и факторов. Ведь раньше большее внимание уделяли строению самого ингибитора, его особенностям на молекулярном уровне. На данный момент особую важность представляет концентрация самого вещества и возможность дальнейшей эксплуатации замедлителя коррозии.
Особую важность представляют собой условия хранения ингибиторов, от которых во многом зависит качество их дальнейшей работы.
В изучении данной темы уже достигнуты определённые результаты. Но при этом, несмотря на то, что принципы работы ингибиторов изучаются специалистами из разных стран, их номенклатура не отличается достаточным количеством веществ. Особенно это касается ингибиторов, которые в свою очередь предназначены для использования в сероводородной среде.
Эта проблема возникает из-за того, что данные защитные вещества, обеспечивающие замедления химических реакций, провоцирующих возникновение коррозии, ещё до конца не изучены. Поэтому учёным следует задуматься над расширением области изучения ингибиторов и созданием полноценного каталога данных веществ. Данные вещества особенно важны для сохранения уникальных с промышленной точки зрения конструкций, позволяющих обеспечивать рост экономики во всём мире.
Ингибиторы представляют собой особое значение для промышленности. Вместе с тем, стоит задуматься над организацией производства материалов, которые уже будут содержать в своём составе вещества, позволяющие обеспечить полноценную защиту от коррозии.
Удивительно, но существование ингибиторов обусловлено спросом на их использование. Значит, в мире с каждым годом появляется всё больше материалов, нуждающихся в обработке и защите ингибиторами от коррозии и ржавчины.
Быть может предпринимателям, организовывающим производство каких-либо товаров, стоит обеспечить правильный микроклимат в промышленных помещениях. Это бы избавило их от дополнительных затрат, связанных с последующим предотвращением последствий коррозии.
Органические соединения в результате представляют собой наиболее эффективный способ борьбы с коррозией, позволяющий обеспечить профилактику её возникновения и распространения.
материалы по теме
Коррозия: понять и остановить
Покрытия на основе эпоксидов максимально защищает от коррозии
Информация о том, что трехслойное покрытие на полиуретановой основе гарантирует максимальную защиту от коррозии, поступила от Дмитрия Канева, главы представительства Steelpaint в России.
Антикоррозийные покрытия
Разнообразным изделиям и конструкциям из металла, использующимся в разнообразных строительных работах, необходима надёжная защита от воздействия внешней агрессивной среды и, в первую очередь, они должны быть обработаны антикоррозийным покрытием.