Ингибиторы коррозии: виды и механизм действия¶

Ингибиторы коррозии — это химические соединения или их композиции, которые вводят в агрессивную среду (жидкость, газ, иногда в состав покрытия) в малых концентрациях для снижения скорости разрушения металлов и сплавов. Их относят к классу противокоррозионных реагентов; ключевые характеристики — защитный эффект при дозировках от долей до сотен мг/л, избирательность действия по отношению к металлу и среде, а также способность образовывать на поверхности адсорбционные или фазовые барьеры.

¶Классификация

Ингибиторы различают по нескольким признакам.

По химической природе выделяют неорганические (нитриты, хроматы, фосфаты, силикаты, соли цинка) и органические (амины, амиды, азот- и серосодержащие гетероциклы, жирные кислоты и их соли) соединения.

По механизму защитного действия различают:

• Анодные — тормозят растворение металла, смещая потенциал в положительную сторону (хроматы, нитриты).
• Катодные — затрудняют восстановление окислителя, чаще всего кислорода (соли цинка, полифосфаты).
• Смешанные — влияют на обе электродные реакции (большинство органических аминов).
• Барьерные (пленкообразующие) — формируют на поверхности нерастворимый осадок или адсорбционный слой.

По условиям применения говорят об ингибиторах кислотного травления, нейтральных и щелочных сред, водно-нефтяных систем, атмосферной коррозии и ингибиторах в составе смазок и покрытий.

¶Механизм действия

Коррозия металла в электролите протекает как электрохимический процесс: на анодных участках металл переходит в раствор в виде ионов, на катодных восстанавливается окислитель (кислород или ионы водорода). Ингибитор вмешивается в одну или обе стадии.

Адсорбционный механизм. Молекулы органического ингибитора, имеющие полярную группу (амино-, карбоксильную, тиольную) и гидрофобный углеводородный радикал, закрепляются на поверхности металла. Полярная часть связывается с металлом, углеводородный «хвост» обращён в среду и отталкивает воду и агрессивные ионы. Образуется мономолекулярный или полимолекулярный слой, повышающий энергию активации растворения металла.

Пленкообразующий (фазовый) механизм. Ингибитор реагирует с ионами металла или компонентами среды, давая труднорастворимые соединения, которые осаждаются на поверхности. Так действуют фосфаты, силикаты, соли цинка, образующие защитные оксидно-солевые плёнки.

Пассивация. Анодные ингибиторы-окислители (нитриты, хроматы) переводят металл в пассивное состояние — на поверхности формируется тонкая оксидная плёнка, резко снижающая скорость анодного растворения.

Катодное торможение. Катодные ингибиторы повышают перенапряжение восстановления кислорода либо связывают его, снижая концентрацию деполяризатора у поверхности.

Экранирование и изменение среды. Часть реагентов связывает агрессивные компоненты (растворённый кислород, сероводород, ионы хлора) или подщелачивает приэлектродный слой, снижая его агрессивность.

¶Применение

Ингибиторы используют в нефте- и газодобыче (защита трубопроводов и скважинного оборудования от углекислотной и сероводородной коррозии), в теплоэнергетике и водоподготовке (оборотные системы охлаждения, котлы), при кислотном травлении металла перед обработкой, в системах отопления и консервации оборудования на время хранения и транспортировки. В нефтепереработке их добавляют в технологические потоки для защиты установок от коррозии, вызванной сернистыми соединениями и кислотами.

¶Ограничения и требования

Эффективность ингибитора зависит от температуры, скорости потока, состава среды и природы металла; при изменении условий защита может падать. Анодные ингибиторы при недостаточной концентрации способны усиливать локальную (питтинговую) коррозию, поэтому их дозировку строго контролируют. К реагентам предъявляют требования по токсичности, биоразлагаемости и совместимости с другими добавками, что стимулирует разработку «зелёных» ингибиторов на основе растительного сырья и нетоксичных органических соединений.