Природные ингибиторы коррозии металлов

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Лапцевич М.Д. 1

---

1Минское областное кадетское училище

Канонович Л.Е. 1Горелько С.В. 1

---

1Минское областное кадетское училище

Работа в формате PDF

1.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Исследование процессов коррозии и разработка методов защиты металлов относится к актуальным научно-техническим задачам. Одним из распространенных методов защиты является применение ингибиторов, позволяющих снизить скорость коррозии металлов и сплавов, которые контактируют с агрессивной средой в производственных условиях. В настоящее время изучено огромное количество органических и неорганических веществ, которые оказывают влияние на скорость коррозирования металлов в кислой среде. Преимущественно находят применение органические ингибиторы, поскольку они способны образовывать защитные пленки на поверхности металлов. К эффективным органическим ингибиторам относятся вещества, содержащие в своем составе атомы азота, серы и кислорода. Однако поиск новых эффективных ингибиторов является актуальной задачей, не теряющей своей значимости в настоящее время [1].

Цель нашего исследования – опытным путем доказать, что использование природных ингибиторов коррозии позволит не только защитить металл от повреждений, но и сохранить его первоначальный вид.

Задачи:

выяснить, что такое коррозия, и какие методы борьбы с ней известны;

изучить данную проблему и пути ее решения в различных источниках;

доказать эффективность работы природных ингибиторов.

Объект исследования: экология.

Предмет исследования: ингибиторы коррозии, содержащиеся в растениях.

Методы исследования: теоретические – анализ научной литературы, статей и интернет источников; практические – выделение ингибиторов из растений и удаление с их помощью ржавчины с различных поверхностей, определение потерь металла.

Гипотеза: удаление ржавчины с помощью агрессивных очистителей наносит вред не только качеству металла, но и приводит к экологической катастрофе.

В основу исследования положено предположение о том, что использование природных ингибиторов, поможет предотвратить экологическую катастрофу.

Глава I. Что такое коррозия

Коррозия – разрушение поверхности сталей и сплавов под воздействием различных физико-химических факторов.

Основной причиной интенсивного окисления поверхности металлов (что и является основной причиной коррозии) являются:

повышенная влажность окружающей среды;

наличие блуждающих токов;

неблагоприятный состав атмосферы.

Соответственно этому различают химическую, трибохимическую и электрохимическую природу коррозии. Именно они в совокупности своего влияния и разрушают основную массу металла.

Химическая коррозия

Такой вид коррозии обусловлен активным окислением поверхности металла во влажной среде. Лидером тут является сталь (исключая нержавеющую). Железо, являясь основным компонентом стали, при взаимодействии с кислородом образует три вида окислов: FeO, Fe2O3 и Fe3O4. Основная неприятность заключается в том, что определённому диапазону внешних температур соответствует свой окисел, поэтому практическая защита стали от коррозии наблюдается только при температурах выше 10000С, когда толстая плёнка высокотемпературного оксида FeO сама начинает предохранять металл от последующего образования ржавчины.

Электрохимическая коррозия

Разрушение металла в данном случае происходит при совокупном влиянии воды и почвы на стальную поверхность (например, подземных трубопроводов). Влажный грунт, являясь слабощёлочной средой, способствует образованию и перемещению в почве блуждающих электрических токов. Они являются следствием ионизации частиц металла в кислородсодержащей среде, и инициирует перенос катионов металла с поверхности вовне. Электрохимическая коррозия возникает при окислении контактных устройств линий электропередач при увеличении зазоров между элементами электрической цепи. Помимо их разрушения, в данном случае резко увеличивается энергопотребление устройств.

Трибохимическая коррозия

Данному виду подвержены металлообрабатывающие инструменты, которые работают в режимах повышенных температур и давлений. Антикоррозионное покрытие резцов, пуансонов, фильер и пр. невозможно, поскольку от детали требуется высокая поверхностная твёрдость. Между тем, при скоростном резании, холодном прессовании и других энергоёмких процессах обработки металлов начинают происходить механохимические реакции, интенсивность которых возрастает с увеличением температуры на контактной поверхности «инструмент-заготовка». Образующаяся при этом окись железа Fe₂O₃ отличается повышенной твёрдостью, и поэтому начинает интенсивно разрушать поверхность инструмента [2].

Глава II. Методы борьбы с коррозией

Все методы противокоррозионной защиты можно условно разделить на три группы по принципу их влияния на изменение хода коррозионного процесса:

Изменение свойств металла.

Изменение свойств среды.

Изменение характера взаимодействия металла и среды на границе раздела.

К первой группе относятся следующие методы:

легирование металла,

термообработка,

поверхностная обработка (поверхностное легирование, ионная имплантация, аморфизация, и др.).

Ко второй группе относятся:

ингибирование среды,

обескислороживание водной среды,

осушение воздуха,

удаление агрессивных реагентов среды (соли, кислоты и т.п.).

К третьей группе относятся:

нанесение защитных покрытий, изолирующих металл от агрессивной среды (лакокрасочные, металлические, оксидные, фосфатные, масла, смазки и т.п.),

катодная поляризация (катодная защита, нанесение анодных покрытий),

устранение анодной поляризации (защита от контактной коррозии, электродренаж, устранение блуждающих токов и пр.),

рациональное проектирование (устранение зазоров, правильный выбор металла для данной среды, устранение контактов разнородных металлов, устранение застойных зон и т.п.) [3].

В качестве ингибиторов возможно применение натуральных продуктов, растений и их экстрактов. Так, для снижения скорости кислотной коррозии используют экстракт опунции, листья алоэ вера, кожуру апельсина или авокадо, табак, черный перец, семена клещевины, аравийскую камедь, лигнин, кориандр, гибискус, анис, черный тмин, мед, лук, чеснок, горькую тыкву и др. В табл. 1 представлены натуральные продукты, которые были изучены в качестве ингибирующих добавок для защиты определенных ме-

таллов и сплавов. В табл. 2 указаны экстракты растений, а также металлы и сплавы, скорость коррозии которых можно уменьшить за счет использования данных экстрактов.

Таблица 1

Натуральные продукты и полимеры, используемые

в качестве ингибиторов

Таблица 2

Экстракты природных продуктов, используемых

в качестве ингибиторов

Во многих работах отмечается, что применение данного типа «зеленых» ингибиторов позволяет исключить или значительно снизить экологическую нагрузку на окружающую среду [4, 5].

Глава III. Природные ингибиторы коррозии

3.1. Получение травильного раствора, содержащего природный ингибитор

Для приготовления раствора, содержащего природный ингибитор, мы взяли листья чистотела и томатов, измельчили ножом и залили 5%-ым раствором соляной кислоты (Приложение 1). В закрытой посуде под вытяжкой смесь находилась в течение недели, затем мы его процедили. Затем приготовили травильный раствор из 5 частей полученного экстракта, 40 частей концентрированной соляной кислоты и 75 частей воды (Приложение 2). Получившийся раствор с природным ингибитором будем использовать для очистки деталей от ржавчины. Перед этим детали были взвешены (Приложение 3).

3.2. Удаление ржавчины разными способами

В один стакан поместили железные детали и залили травильным раствором с экстрактом растений. Во втором стакане с деталями добавили раствор соляной кислоты (40 частей концентрированной кислоты и 75 частей воды) (Приложение 4).

Через два часа достали детали из растворов и увидели, что ржавчина исчезла и в одном, и в другом случае, но в стакане без ингибитора бурная реакция продолжалась (Приложение 5). Мы предположили, что кислота продолжала разъедать металл, даже после удаления ржавчины. В стакане с ингибитором признаков реакции не наблюдалось.

Мы взвесили детали и увидели, что с ингибитором потери массы составили 0,9%, а без него – 2,18%.

Мы опять поместили детали в стаканы с этими же растворами еще на сутки и потом взвесили снова. И результаты были ошеломляющими: в стакане с природным ингибитором потери составили только 0,93%, а в стакане с кислотой без ингибитора – 7, 96 (Приложение 6). Результаты приведены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты работы

Расчет потери массы производились по формуле:

Приведенными выше расчетами мы доказали, сто природные ингибиторы коррозии металлов действительно работают.

Заключение

Таким образом, использование природных ингибиторов коррозии металлов позволяет не только избавиться от ржавчины, но и сохранить металл, что увеличивает срок его службы и снижает экономические затраты на изготовление нового оборудования. Кроме того, такие ингибиторы наносят значительно меньший вред окружающей среде, что так же является немаловажным плюсом в сторону выбора натуральных методов защиты металлов.

Список литературы

Современные ингибиторы коррозии. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/sovremennye-ingibitory-korrozii

Коррозия металлов. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://blastingservice.ru/services/udalenie-kraski/korroziya-metallov/

Основные методы борьбы с коррозией. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://metalpaint.ru/stati-i-novosti/stati/83-osnovnye-metody-borby-s-korroziej

Pandian Bothi Raja, Mathur Gopalakrishnan Sethuraman. Natural

products as corrosion inhibitor for metals in corrosive media – A review //

Materials Letters. – 2008. – Vol. 62, no. 1. – P. 113–116.

Patent US 9012376, IPC C23F11/04; E21B37/06. Inulin as corrosion

inhibitor / Applicants and inventors: Yogesh Kumar Choudhary;

Anupom Sabhapondit; Deepak Ranganathan. – Appl. No. 13/047529; Publication

date: 20.09.2012.

Приложение 1

Рисунок 1 – Растение, содержащее природные ингибиторы

Приложение 2

Рисунок 2 – Приготовление травильного раствора

Приложение 3

Рисунок 3 – Взвешивание образцов до очистки

Приложение 4

Рисунок 4 – Исследуемые образцы в травильном растворе (1) и в растворе соляной кислоты (2)

Приложение 5

Рисунок 5 – Бурная реакция без ингибитора

Приложение 6

Рисунок 6 – Взвешивание образцов после очистки