К.х.н. Михайлов В.И.*, д.х.н. Скворцов В.Г.*, к.х.н. Ершов М.А.**

Грибков А.М.*, Иванов С.А.**

*Чувашский государственный педагогический университет им. И.Я. Яковлева (ЧГПУ им. И.Я. Яковлева), г. Чебоксары, Российская Федерация

**Чувашская государственная сельскохозяйственная академия (ЧГСХА),

г. Чебоксары, Российская Федерация

Ингибирование коррозии стали в нейтральных средах аминоспиртами и их боратами

Ранее [1–5] было показано, что ортоборат водорода (ОБВ) с аминоспиртами (АМС) – моноэтаноламином (МЭА), диэтаноламином (ДЭА), триэтаноламином (ТЭА) образует в водной среде устойчивые аминоборатные комплексы (АБК): триборатмоноэтаноламмоний [HOC₂H₄NH₃⁺]·[B₃O₃(OH)₄]^– (ТБМЭА), пентаборатдиэтаноламмоний [(HOC₂H₄)₂NH₂⁺]·[B₅O₆(OH)₄]^– (ПБДЭА) и пентабораттриэтаноламмоний [(HOC₂H₄)₃NH⁺]·[B₅O₆(OH)₄]^– (ПБТЭА).

Образующиеся АБК идентифицированы методами рентгенографии, термогравиметрии, денсиметрии, кристаллооптики и ИК-спектроскопии.

Дифрактограммы снимали на дифрактометре ДРОН-2.0 (CuK_α-излучение, U = 30 кВ, I = 20 mA). ИК-спектры записывали на спектрофотометрах UR-20 и Specord-75IR в вазелиновом масле с компенсацией и с помощью таблеток бромида калия. Дериватограммы снимали на дериватографе системы Паулик, Паулик, Эрдей. Скорость нагрева 10 град/мин, чувствительность ДТА–1/10 и 1/15, ДТГ–1/10 и 1/15, навеска – 200 мг. Кристаллооптические измерения проводили с помощью поляризационного микроскопа Полам-113 иммерсионным методом с использованием стандартного набора ИЖ-1, плотность – пикнометрически.

Цель настоящего исследования – сравнительное изучение влияния ТБМЭА, ПБДЭА, ПБТЭА и их составляющих на коррозионно-электрохимическое поведение и коррозионную усталость стали 10 (Ст. 10) методами гравиметрии, снятия потенциодинамических поляризационных кривых и циклического нагружения и установление возможности их использования в качестве ингибиторных добавок для защиты черных металлов и их сплавов в нейтральных средах.

Коррозионно-активной средой служила дистиллированная вода. Концентрация добавок – 0.01 моль/л. Все измерения проводили при естественной аэрации и температуре 20 ± 0.2 ºС. Повторность опытов трехкратная. Форма и размеры образцов, характер их подготовки, а также методика коррозионных, электрохимических и коррозионно-усталостных испытаний описаны в [6, 7].

Из данных табл. 1 следует, что ОБВ стимулирует коррозию стали. Введение АМС в дистиллированную воду существенно уменьшает скорость растворения металла. АБК обладают большей ингибирующей способностью, чем их компоненты в отдельности. Установлено, что антикоррозионное действие снижается в ряду: ПБТЭА > ПБДЭА > ТБМЭА > МЭА > ДЭА > ТЭА.

Таблица 1

Средняя скорость коррозии (r), коэффициент торможения (g), степень защиты (Z) за

30 суток Ст. 10 в дистиллированной воде в присутствии различных добавок

Добавка	r×10^3, г/м^2×ч	g	Z, %
Н3ВО3 МЭА ДЭА ТЭА ТБМЭА ПБДЭА ПБТЭА Н2О дист. (контроль)	52.05 1.75 1.80 1.95 0.93 0.89 0.87 43.17	0.83 24.67 23.98 22.14 46.42 48.51 49.62 1.00	–20.57 95.95 95.83 95.48 97.85 97.94 97.98 0.00

Электрохимические исследования показали, что АМС и АБК являются ингибиторами анодного действия. При анодной поляризации металл сразу переходит в пассивное состояние. Используя анодные потенциодинамическе поляризационные кривые были определены значения плотности анодного тока (i_а, мкА/см²) в области пассивного состояния для Ст. 10 в присутствии ингибиторных добавок при различных величинах потенциалов (φ, В по х.с.э.) (табл. 2). Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что в присутствии полиборатов плотность анодного тока при тех же потенциалах значительно меньше, а область пассивации больше, чем в растворах аминоспиртов.

Таблица 2

Значения плотности анодного тока (i_а, мкА/см²) в области пассивного

состояния для Ст. 10 в присутствии ингибиторных добавок при

различных величинах потенциалов (φ, В по х.с.э.)

Добавка	φ = –0.2 В	φ = 0 В	φ = 0.2 В	φ = 0.4 В	φ = 0.6 В	φ = 0.8 В
	iа, мкА/см^2
МЭА ДЭА ТЭА ТБМЭА ПБДЭА ПБТЭА	0.4 0.8 0.9 0.3 0.1 0.1	1.1 2.3 2.5 1.0 0.3 0.2	1.5 3.0 3.9 1.4 0.5 0.4	1.9 3.7 1.8 0.8 0.6	2.4 2.2 1.0 0.8	2.8 1.4 1.0

На основании усталостных и коррозионно-усталостных испытаний были рассчитаны коэффициент запаса циклической прочности на базе N = 2·10⁶ циклов и циклическая долговечность N (число циклов до разрушения) Ст. 10 при s = ± 323.7 МПа (табл. 3). Установлено, что в дистиллированной воде и растворе ОБВ наблюдается резкое уменьшение циклической прочности металла по сравнению с испытаниями в воздухе. Внесение АМС и АБК приводит к существенному увеличению значений и N. Эффективность действия ТБМЭА, ПБДЭА и ПБТЭА выражена в большей степени, чем аминоспирты в отдельности.

Результаты исследований согласуются с данными работ [8, 9].

Антикоррозионное действие этаноламинов, согласно [10], связано с образованием аминатов за счет неподеленных пар электронов атомов азота и вакантных d-орбиталей ионов железа. Возникновение хелатных циклов возможно также через группу ОН [11]. По [10, 12] оксобораты образуют на металле труднорастворимые соединения. Увеличение ингибирующей способности полиборатов аммония, вероятно, обусловлено формированием на поверхности металла более лучшей защитной феррогидроксоаминоборатной пленки, образуемой посредством донорно-акцепторной связи через n-дублеты атома азота, ОН-групп и хемосорбции борат-ионов [13].

Таблица 3

Основные характеристики циклической прочности Ст. 10

в различных коррозионных средах

Цикли-ческая проч-ность	Коррозионная среда
	Воздух	H2O дист.	В присутствии добавок в дистиллированной воде
			ОБВ	МЭА	ДЭА	ТЭА	ТБМЭА	ПБДЭА	ПБТЭА
, МПа	328.6	206.0	200.1	273.2	257.5	248.7	297.2	309.4	321.8
N×10^–5, циклы	26.0	1.4	1.3	6.0	4.3	3.2	7.4	12.0	19.0

Таким образом, аминоспирты и их полибораты являются достаточно эффективными ингибиторами и могут быть использованы в качестве антикоррозионных добавок для защиты черных металлов и их сплавов в нейтральных средах.

Литература:

1. Скворцов В.Г., Молодкин А.К., Петрова О.В. и др. // Журн. неорган. химии. – 1980. – Т. 25. – № 7. – С. 1964–1969.

2. Скворцов В.Г., Молодкин А.К., Родионов Н.С. и др. // Журн. неорган. химии. – 1981. – Т. 26. – № 5. – С. 1389–1393.

3. Скворцов В.Г., Молодкин А.К., Родионов Н.С. и др. // Журн. неорган. химии. – 1982. – Т. 27. № 1. – С. 23–239.

4. Цеханский Р.С., Скворцов В.Г., Молодкин А.К. // Журн. неорган. химии. – 1986. – Т. 31. – № 8. – С. 1627–1629.

5. Скворцов В.Г. // Журн. неорган. химии. – 1986. – Т. 31. – № 12. – С. 3163–3172.

6. Скворцов В.Г., Яхваров Г.И., Михайлов В.И. и др. // Защита металлов. – 1987. – Т. 23. – № 1. – С. 161.

7. Фрейман Л.И., Макаров В.А., Брыксин И.Е. Потенциостатические методы в коррозионных исследованиях и электрохимической защите. – Л.: Химия, 1972. – 214 с.

8. Ершов М.А., Скворцов В.Г., Михайлов В.И. и др. // Тез. докл. на всерос. конф. молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии». – Саратов: СГУ, 1997. – С. 28–29.

9. Михайлов В.И., Скворцов В.Г., Иванов А.Г. и др. // Тез. докл. XXXVIII всерос. науч. конф. по проблемам математики, информатики, физики, химии и методики преподавания естественнонаучных дисциплин. – М.: РУДН, 2002. – С. 17.

10. Розенфельд И.Л. Ингибиторы коррозии. – М.: Химия, 1977. – 352 с.

11. Розенфельд И.Л., Вердиев С.Ч., Кязимов А.М. и др. // Защита металлов. – 1982. – Т. 18. – № 6. – С. 866.

12. Розенфельд И.Л., Фролова Л.В., Тавадзе Н.Н. // Защита металлов. – 1980. – Т. 16. – № 2. – С. 133.

13. Михайлов В.И., Яхваров Г.И., Скворцов В.Г. и др. // Защита металлов. – 1985. – Т. 21. – № 5. – С. 828.