LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Протикорозійний захист сталі від матеріальних та енергетичних забруднень

дослідження сумісного впливу екологічного і корозійного факторів на хімічний опір конструкційних та електротехнічних матеріалів, а також розробка синергічних захисних композицій (СЗК) на вторинній сировині (для інгібіторів – Ін, інгібітованих захисних покриттів – ІЗП) з високим науково-технічним, економічним і соціально-екологічним ефектом – одна із важливіших задач захисту від корозії і КМР металоконструкцій потенційно екологічно небезпечних виробництв.

В першому розділі на основі огляду наукової літератури проведено критичний аналіз стану еколого-корозійної проблеми забезпечення експлуатаційної надійності металоконструкцій в умовах матеріального (неорганічних, органічних речовин) і неакумулюючого енергетичного забруднення довкілля (електромагнітних полів – ЕМП). Відмічено обмеженість літературних даних та окреслені основні етапи розвитку наукової думки щодо спільності еколого-корозійних проблем та екологічної небезпеки техногенних катастроф, аварій, пов'язаних в 60 – 70% випадків з корозійно-механічними руйнуваннями. Проаналізовані роботи відомих вітчизняних вчених – Л. І. Антропова, Ю. С. Герасименка, В. М. Ледовських, Д. А. Ткаленка, І. С. Погребової, роботи з діагностики корозійно-активних газів та інших матеріальних забруднень здійснені під керівництвом В. П. Чвірука (НТУ України "КПІ"), Ю. В. Федорова, Л. С. Мойсеєвої (Дніпродзержинський ДТУ), Г. В. Карпенка, В. В. Панасюка, В. І. Похмурського, Ю. І. Бабея, Г. М. Никифорчина та ін. (ФМІ НАН України), російських корозіоністів: С. М. Решетнікова, Г. В. Халдеєва, В. П. Григорьева, В. В. Екілика, Ю. І. Кузнецова та ін. Обгрунтовано вибір напрямку і постановка задач дослідження.

Другий розділ присвячений основним методам та об'єктам дослідження, обгрунтовано вибір досліджених конструкційних (Ст 20, Ст 45, 16 ГФР) та електротехнічних сталей (Ст 3411 – Е 310, Ст 1561 – Е 45), робочих середовищ (корозійного – 3% NaCl, корозійно-наводнюючих: HCl, рН 0 ... 2, з H2S і без нього, NACE та наводнюючого – 3% NaCl, з катодною поляризацією (ік = 0,05 А/см2)), промислових відходів капролактаму (ЧВО "Хімволокно" – К, РДХП та ГДХП "Азот" – ВМП, та ін. і синергічних добавок – похідні імідазолу (5 сполук), з декількома реакційними центрами (РЦ) – ендо- та екзоатоми N, O, S – потенційними хелатоутворювачами). Проведено комплексний системний кореляційний аналіз "Електронна будова молекул синергістів – Ін, їх термодинамічні характеристики (MNDO–РМ3), хімічна будова основної діючої складової відходів – захисні властивості композицій на вторинній сировині", прогнозний розрахунок токсикологічних показників Ін, оцінка запобіженого екологічного збитку, техно-економічної та соціально-екологічної ефективності протикорозійного захисту. Математична обробка експериментальних даних проводилася за допомогою табличного процесору MS Exсel 5,0, який дозволяє швидко та ефективно оброблювати чисельні дані та представити результати у графічному вигляді (за програмою, складеною на мові високого рівня Паскаль).

В третьому розділі вивчено вплив матеріальних забруднень хлоридних електролітів аніонними (SO42–, NO3–) та катіонними домішками (Fe3+, Cu2+), в рамках 0,1 ... 10 ГДК на ефективність захисту від корозії та корозійно-механічного руйнування (корозійного розтріскування та малоциклової втоми сталі) похідними імідазолу – 1,2 БІ. Присутність NO3– до 0,1 ГДК в HCl, рН 1 – 2, практично не змінює захисного ефекту Ін, а при 9,3 ГДК знижує g, незалежно від типу конструкційної сталі (Ст 20, Ст 45), рН кислоти та Ін – в 1,2 рази. Із збільшенням SO42– від 0,4 ГДК до 4 ГДК g знижується більше, ніж з NO3– (до 2,1 разів). Найбільш чутливою до NO3– та SO42– в інгібованій HCl була сталь Е 45 (табл. 1).


Таблиця 1

Коефіцієнти гальмування коррозії сталі Е 45 (g) в HCl,

з домішками NO3– та SO42– (СІн = 1 ммоль/л), Ін – 1,2 БІ





Ін

R

pH

Без

CNO3–, мкмоль/л

CSO42–, ммоль/л




домішок

15

150

1500

2

10

20

1.ФПБІ


1

8,0

7,6

6,8

5,2

7,3

4,2

4,0



2

8,6

8,4

7,8

6,8

7,1

4,5

4,0

2.ФМБІ


1

11,4

11,2

9,8

8,1

11,8

9,2

7,5



2

14,0

13,8

13,0

9,5

11,8

9,1

7,6


Ефективність захисту сталі від КМР з Ін 2 також більша за ККР, К і КН з Ін 1: так, для електротехнічної сталі Е 45 при 0,1 ГДК / 10 ГДК NO3– (1); 0,4 ГДК / 4 ГДК SO42– (2) вони складають:


ККР

К

КН

Без домішок

18,0

86,3

39,1

1

18,6 / 18,3

87,4 / 86,7

39,5 / 41,2

2

19,1 / 19,5

88,6 / 89,4

40,2 / 39,5

де ККР = t / t;

К = [(NС – NС) / (NВ – NС)] 100, %;

КН = [(NH – NH) / NH] 100, %;

t – час до розтріскування;

NВ, NС, NH – число циклів до руйнування при випробуванні на малоцикловую втому (штрих – з Ін).

В порівнянні з Ін 1 гальмування КР зростає в 1,7 разів (CSO42– = 4 ГДК), а МЦВВ і МЦКВ – на 11 і 26%. Із збільшенням вмісту Fe3+ (0,084 ... 8,4 ГДК) ефективність інгібування в HCl, рН 1 всіх досліджених сталей знижується в 1,4 ... 2,7 рази (Ін 1), в 1,1 ... 1,6 разів (Ін 2), максимальне зниження g – у електротехнічних сталей Е 310 і Е 45. Добавка Cu2+ (0,096 ... 9,6 ГДК) приводить до збільшення ефективності інгібування в 1,1 ... 1,4 рази, в HCl, рН 1 більше, ніж при рН 2 (рис. 1).

Пояснення одержаних результатів можна зробити з позицій супряжених хімічних рівноваг протолітичних реакцій, комплексоутворення, окислення-відновлення та електрохімічної кінетики: Fe3+ - активний катодний деполяризатор, що прискорює катодну реакцію корозії. Утворення металохелатів міді з високою константою стійкості різко знижує CCu2+ і зміщує редокс-потенціал в бік негативних значень. Особливо це грає важливу роль при захисті від КМР, наприклад, сталь Е 45 (e = 0,2%), з Ін 2 (1 ммоль/л) збільшує ККР, К і КН (з добавкою Cu2+) в 1,3 рази, на 5,1 – 10,2% і 3,4 – 5,2% з врахуванням оптимальної дії екологічного фактору (0,96 ГДК Cu2+). Встановлено (рис. 2), що