Виявлення закономірностей корозійної поведінки нікелю, хрому, молібдену в озонованих розчинах сірчаної кислоти різних концентрацій і температур. Розробка рекомендацій щодо використання металів під час синтезу азолдикарбонових кислот за участю озону.
Аннотация к работе
Перші дослідження з вивчення впливу озону на корозію були обмежені знаннями з цієї проблеми, й початковий підбір матеріалів для процесів синтезу за наявності озону був зроблений за нижніми граничними умовами концентрації сірчаної кислоти, тоді як технологічні процеси передбачають максимальний вихід продукції в розчинах сірчаної кислоти середніх концентрацій. У той же час, для прогнозування корозійної поведінки сталей і сплавів в озонованих середовищах, необхідно знати закономірності корозійно-електрохімічної поведінки чистих металів, які використовуються як компоненти сплавів і легуючі добавки у нержавіючих сталях. Метою дослідження є визначення закономірностей корозійно-електрохімічної поведінки нержавіючих сталей і сплавів, а також нікелю, хрому й молібдену, використовуваних як компоненти цих сплавів і легуючих добавок у нержавіючих сталях, в озонованих розчинах сірчаної кислоти різних концентрацій і температур? вивчення корозії сталей, сплавів та їхніх зварних зєднань в умовах технологічних процесів одержання азолдикарбонових кислот з використанням озону й розробка науково обґрунтованих практичних рекомендацій з підбору конструкційних матеріалів для апаратурного оформлення синтезу азолдикарбонових кислот. дослідити корозійно-електрохімічну поведінку сталей, сплавів в озонованих розчинах сірчаної кислоти різних концентрацій і температур? Наукова новизна роботи: ? Вперше встановлено, що в розчинах сірчаної кислоти концентрацією 2ч70 % в присутності озону при 20ЄС корозійна стійкість Ni зменшується за рахунок збільшення сумарного граничного дифузійного струму відновлення кисню й озону та збільшення критичних струмів пасивації нікелю за рахунок перемішування розчину.Проаналізовано загальні уявлення про електрохімічну й корозійну поведінку досліджуваних металів (Ni, Cr, Mo), сплавів Х70М27Ф, 08ХН28МДТ і сталі 12Х18Н10Т в розчинах H2SO4. Детально проаналізовано закономірності корозійної поведінки цих металів залежно від зміни РН, температури й швидкості руху корозійного середовища, а також показані зміни корозійної поведінки при введенні в досліджувані середовища окиснювачів: кисню, озону, пероксиду водню. Дослідження сталі 12Х18Н10Т й сплавів Н70М27Ф і 06ХН28МДТ проводили в 30ч40% H2SO4 (фон) і в модельних технологічних розчинах (фон 1% БТА або 1% БІА), відповідно до умов одержання азолдикарбонових кислот при температурах 20ч60ЄС і концентрації О3 10-4 моль/л. Введення O3 в 40%-ні розчини H2SO4 при температурі 60ОС стимулює корозію Cr, але він залишається досить стійким металом як в аерованих, так і в озонованих розчинах в інтервалі температур 20ч60ЄС. Введення О3 у розчини сірчаної кислоти стимулює утворення стійкої оксидної плівки МОО2, що знижує приблизно в два рази швидкість корозії порівняно з аерованими розчинами, при збільшені температури озонованих розчинів до 60ЄС швидкість корозії зростає у 190 разів за рахунок переведенню Мо у більш високій ступінь окиснення і руйнуванню захисної плівки.Дослідження корозійної стійкості Ni, Cr, Mo в розчинах H2SO4 (2-70%), а також сплавів Н70М27Ф, 08ХН28МДТ і сталі 12Х18Н10Т в модельних розчинах синтезу азолдикарбонових кислот (30-40% H2SO4) дозволило встановити, що введення озону при 20ОС призводить: - до зниження корозійної стійкості Ni в 3ч26 разів в дослідженому діапазоні концентрацій розчинів H2SO4 за рахунок збільшення сумарного граничного дифузійного струму відновлення кисню й озону та збільшення критичних струмів пасивації нікелю при перемішуванні розчину? до зниження швидкості корозії Cr в 2ч3 рази в 20ч70% розчинах, але до зростання цієї швидкості на пів порядку в 2% H2SO4, при цьому Cr залишається стійким металом завдяки адсорбції активного кисню озону на поверхні металу і стимулюванню утворення оксидної плівки? Зміна температури озонованої 40% H2SO4 від 20о до 60ОС незначно стимулює корозію Cr, але Cr залишається доволі стійким металом? суттєво прискорює розчинення Ni за рахунок зменшення перенапруги поляризації катодної реакції і руйнуванню оксидних плівок? сприяє переведенню Мо в транспасивний стан і втраті його високої корозійної стійкості. Корозійно-електрохімічна поведінка досліджених сталей і сплавів в озонованих розчинах сірчаної кислоти визначається впливом легуючих компонентів сплавів Cr, Mo, Ni. В фонових розчинах окислення бензазолів в присутності озону Ni на порядок збільшує швидкість розчинення сплаву Н70М27Ф в активній області, але при цьому сприяє утворенню захисних плівок в озонованих розчинах, молібден додає нікелеві більш позитивний потенціал і приводить до зменшення швидкості анодного розчинення, але при підвищеній температурі сприяє перепасивації сплаву Н70М27Ф.
План
Основний зміст роботи
Вывод
Дослідження корозійної стійкості Ni, Cr, Mo в розчинах H2SO4 (2-70%), а також сплавів Н70М27Ф, 08ХН28МДТ і сталі 12Х18Н10Т в модельних розчинах синтезу азолдикарбонових кислот (30-40% H2SO4) дозволило встановити, що введення озону при 20ОС призводить: - до зниження корозійної стійкості Ni в 3ч26 разів в дослідженому діапазоні концентрацій розчинів H2SO4 за рахунок збільшення сумарного граничного дифузійного струму відновлення кисню й озону та збільшення критичних струмів пасивації нікелю при перемішуванні розчину?
- до зниження швидкості корозії Cr в 2ч3 рази в 20ч70% розчинах, але до зростання цієї швидкості на пів порядку в 2% H2SO4, при цьому Cr залишається стійким металом завдяки адсорбції активного кисню озону на поверхні металу і стимулюванню утворення оксидної плівки?
- до підвищення стійкості Мо в 2 рази за рахунок більш швидкого утворення суцільних оксидів (МОО2).
2. Зміна температури озонованої 40% H2SO4 від 20о до 60ОС незначно стимулює корозію Cr, але Cr залишається доволі стійким металом? суттєво прискорює розчинення Ni за рахунок зменшення перенапруги поляризації катодної реакції і руйнуванню оксидних плівок? сприяє переведенню Мо в транспасивний стан і втраті його високої корозійної стійкості. Вплив озону на корозію металів зменшується при збільшенні температури середовищ за рахунок зниження його розчинності і збільшення анодної поляризації. Загалом корозійна стійкість металів під дією озону зменшується в ряду Mo - Ni - Cr.
3. Визначено, що в озонованих розчинах сірчаної кислоти на досліджених нержавіючих сплавах і сталі відбувається процес загальної корозії як основного металу, так і його зварних зєднань? наявність міжкристалічної й пітингової корозії не виявлено.
4. Корозійно-електрохімічна поведінка досліджених сталей і сплавів в озонованих розчинах сірчаної кислоти визначається впливом легуючих компонентів сплавів Cr, Mo, Ni. В фонових розчинах окислення бензазолів в присутності озону Ni на порядок збільшує швидкість розчинення сплаву Н70М27Ф в активній області, але при цьому сприяє утворенню захисних плівок в озонованих розчинах, молібден додає нікелеві більш позитивний потенціал і приводить до зменшення швидкості анодного розчинення, але при підвищеній температурі сприяє перепасивації сплаву Н70М27Ф. Cr забезпечує пасивацію і корозійну стійкість сплаву 08ХН28МДТ і сталі 12Х18Н10Т, що в 1,5ч2 рази гальмує корозійний процес за рахунок високої здатності хрому до пасивації.
5. Визначено, що бензимідазолу (БІА) в 30-40% розчинах H2SO4 краще адсорбується на металі при відємному заряді, а бензотриазолу (БТА) в широкій області потенціалів тому, що БІА знаходиться в протонованій, а БТА в молекулярній формі. Інгібуюча дія цих сполук залежить від природи сполуки і від природи сплаву. Визначено, що на швидкість корозії сплаву Н70М27Ф ці сполуки майже не впливають. БТА покращує високу корозійну стійкість сплаву 08ХН28МДТ і до 5000 разів знижує швидкість корозії сталі 12Х18Н10Т за рахунок інгібуючого ефекту.
6. На підставі отриманих результатів можна рекомендувати до використання сталі, сплави та їхні зварні зєднання: - в озонованих середовищах сірчаної кислоти: 1) сплав Хастелой-В - до 30% H2SO4 до t = 40ОС? 2) сплав 08ХН28МДТ - при 30-40% H2SO4 , t = 60ОС? 3) сталь 12Х18Н10Т - до 20% H2SO4 до t=30ОС?
- у розчинах 30-40% H2SO4 з добавками 1% БІА або 1% БТА: 1) сплав Хастелой-В - до t = 60ОС? 2) сплав 08ХН28МДТ - t = 60ОС? 3) сталь 12Х18Н10Т - з 1% БТА до 30% H2SO4 до t = 60ОС?
- у модельних розчинах синтезу азолдикарбонових кислот (в озонованих розчинах 30ч40% H2SO4 з добавками 1% БІА або 1% БТА при t = 60ОС) із досліджених сплавів може бути рекомендований для виготовлення апаратів синтезу азолдикарбонових кислот тільки сплав 08ХН28МДТ.
7. Розроблено й впроваджено газову витратомірну установку на основі методу витіснення рідини газом з метою виміру і подачі в розчин еталонної кількості озоноповітряної суміші. Новизна методу і установки захищена патентами України. Установка впроваджена в ЗАТ “Сєвєродонецьке обєднання “Азот” та ТОВ “ДОНБАСТЕПЛОПРОЕКТ”.
Список литературы
1. Татарченко Г.О., Шаповалова И.Н., Черкас К.В., Макарова Ж.Г. Коррозионно-электрохимическое поведение стали 12Х18Н10Т в озонируемых системах “серная кислота бензазол катализатор” // Физико-химическая механика материалов. - 2000. - Спец. вып. №1. - С.87-92.
3. Татарченко Г.О., Черкас К.В., Кузюков А.Н. Влияние озона на водородную деполяризацию никеля в растворах серной кислоты. // Труды ІІІ Международной Конференции “Водородная обработка материалов - 2001”,г. Донецк. - 2001. - Ч.2. - С.365-367.
6. Татарченко Г.О., Черкас К.В. Хастелой-В в озонируемых растворах серной кислоты. УАМК. Матеріали науково-практичної конференції. м. Донецк. - 2003. - С.451-456.
7. Черкас К.В., Татарченко Г.О., Каленюк С.П. Газовая расходомерная установка на основе метода вытеснения и оценка точности установки.// Український метрологічний журнал. - 2003. - №1. - С.61-64.
9. Черкас К.В., Татарченко Г.О. Влияние озона на катодное и анодное поведение железа и кобальта в озонируемых кислых средах. // Физико-химическая механика материалов. - 2004. - Спец. вып. №4. - Т.1. - С.123-127.
10. Татарченко Г.О., Черкас К.В., Новицкий В.С. Синтез азолдикарбоновых кислот в присутствии озона. Коррозионное поведение конструкционных материалов. // Хімічна промисловість України. - 2006. - №1. - С. 30-34.
11. Черкас К., Лопін О, Кузьмін С. Вплив озону на локальні види корозії сталі 12Х18Н10Т в кислотах. // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2006. - Спец. вып. №5. - Т.1. - С.138-143.
12. Система для вимірювання витрати і кількості газу. Деклараційний патент на винахід. №54947 А. Україна - 2003. Черкас К.В., Татарченко Г.О., Пиляєв Г.Г., Котов В.Г.
13. Установка для градуювання та перевірки витратомірів і лічильників газу та рідини. Деклараційний патент на винахід. № 67561 А. Україна - 2004.- Черкас К.В.