Имеющийся научно-технический задел, новые идеи и решения указанной выше проблемы

Идея, представленная в заявке, о принципиальной возможности и экономической целесообразности использования при электроосаждении защитно-декоративных покрытий в виде добавок к стандартным гальваническим ваннам небольших количеств органических соединений (для каждого металла покрытия и каждого типа ванны своя специфическая добавка) в качестве (1) ингибиторов наводороживания металла катода (стальной основы и металла покрытия) в процессах электроосаждения и последующего коррозионного разрушения стали с покрытием под воздействием среды эксплуатации, а также (2) ингибиторов коррозии с биоцидным (или биостатическим) действием на микрофлору, присутствующую в коррозионной среде, до нас [9, 15, 10, 12-14] никем не высказывалась.

Идея была впервые опубликована в докладе, сделанном проф. С.М. Белоглазовым на 15-м Мировом конгрессе Interfinish (Garmisch-Partenkirchen, 2001) и Международном симпозиуме Eurocorr-2001 (Riva-del-Garde) [11, 13] 

Если учесть, что расход всех видов энергии, получаемой в основном за счет сжигания нефти, газа и угля (так как на долю гидроэлектростанций и ветроустановок в России приходится малая часть производимой электроэнергии) удваивается каждые 12-14 лет, то становится ясно, что необходимо внедрять всюду, где это возможно, энергосберегающие технологии. Использование органических добавок к электролитам гальванотехники для получения не просто блестящих, но и не сопряженных с водородным охрупчиванием покрытий, обладающих повышенной сопротивляемостью микробиологической коррозии относится как раз к таковой, так как:

1) исключает длительный прогрев покрытых деталей (изделий) в печах «отпуска» при 200…250°C с целью «разводороживания»;

2) сокращает технологический цикл обработки;

3)  повышает долговечность в процессе эксплуатации.

   4) внедрение в производство органических ингибиторов наводороживания при электроосаждении металлических покрытий является принципиально новым технологическим решением проблемы водородного охрупчивания при гальванотехнических процессах (обезжиривание, травление в растворах кислот, электроосаждение металлов), поскольку «отпуск» деталей после электроосаждения покрытий не только не приводит к полному восстановлению утраченных вследствие наводороживания механических характеристик стали (причем, чем выше уровень прочности стали, тем сильнее эти характеристики ухудшаются!) но часто вызывает их дальнейшее ухудшение (см. с. 269-280 в монографии [9]). 

Первый прорыв в направлении экономии в гальванотехнике – исключение потери металла при полировке сделан в начале 50-х гг. и был основан на использовании специально подобранных органических блескообразующих добавок к обычным (стандартным) электролитам гальванотехники. Дорогостоящие металлы перестали буквально “вылетать в трубу” вентиляционных устройств, которыми снабжали полировальные станки. Второй прорыв я намерена сделать изучением особо эффективных ингибиторов наводороживания металлов основы и покрытия, дружественных окружающей среде и совмещающих в себе свойства блескообразователей покрытия и, в идеальном случае, также ингибиторов коррозии покрытой стали. Полученные коллективом доцентов, аспирантов и студентов под руководством д.х.н. проф. С.М. Белоглазова результаты свидетельствуют о реальности этого пути прорыва на новый, действительно высокотехнологичный уровень.

Лабораторные экземпляры полученных продуктов обладают одновременно свойствами блескообразователей и ингибиторов микробиологической коррозии, что подтверждено авторскими свидетельствами СССР (свыше 20) и патентами России, в частности [16].

Новая технология нанесения металлопокрытий на изделия из высокопрочных, пружинных сталей и других, чувствительных к водородному охрупчиванию металлических материалов, отличающаяся тем, что вместо «отпуска» деталей с покрытиями в печах, предотвращают наводороживание металла катода уже в самом процессе электроосаждения путем введения в гальваническую ванну намечаемых к производству (а также подлежащих разработке) органических добавок, обладающих еще двумя важными функциями: уменьшающих зернистость электроосадка, что повышает блеск покрытия, и проявляющих биоцидное действие, может быть внедрена в производство после доработки следующих вопросов: 1) устойчивость органических добавок (возможное окисление н а аноде) и вырабатываемость (вынос с раствором, стекающим с деталей в промывные воды) в процессе работы в реальных (полузаводские исследования) условиях, 2) методики анализа содержания органических добавок в гальванических ваннах, применимые для заводских (цеховые или ЦЗЛ) условий, 3) экологичность добавок и способы контроля их в стоках гальванических производств.

Электрохимические методы – направлены на изучение кинетики выделения водорода на катодах из стали (обычный конструкционный материал при изготовлении деталей всех машин и устройств, подвергаемых защите гальванопокрытиями), хрома, никеля, кадмия, цинка, меди, олова и сплавов Ni, Sn, Fe. Получаемые результаты дают ответ на механизм процесса выделения водорода и механизм тормозящего действия ОС. Предварительный отбор эффективных ИН и блескообразователей.

Металловедческие методы. Производится непосредственное определение количества водорода, абсорбированного металлами стальной основы и покрытия в функции глубины слоя, т. е. расстояния от границы раздела М/раствор электролита. Метод анодного растворения, предложенный проф. Ю.А. Клячко и к.х.н. И.Ю. Шкловской был усовершенствован проф. С.М. Белоглазовым [1-5, 12, 16], что позволило определить концентрационные профили водорода в металле катода (стальной основе и покрытии), и следовательно, контролировать величину наводороживания металла.

Используется целая совокупность методов оценки влияния абсорбируемого при электрохимическом осаждении металла покрытия (и при предварительных операциях подготовки поверхности) на механические характеристики стали:

- Исследование пластичности стали путём технологической пробы на скручивание проволоки из углеродистой стали Ст.3 (машина К5);

- Микробиологические методы позволили установить возможность подавления микрофлоры в коррозионной среде при контакте с ней стали, покрытой электроосадком более стойкого металла, включившего в себя в процессе формирования на катоде молекулы органической добавки из гальванической ванны, (электролита для нанесения покрытия), модифицированного по нашей идее добавкой незначительного количества (0,005…0,01 Моль· л ^{- 1}) ОС, обладающего свойствами блескообразователя, ИН и биоцида на сульфат-редуцирующие бактерии (СРБ - продуценты стимулятора коррозии и наводороживания Н₂S) и на мицелиальные грибы (дейтеромицеты), поселяющиеся на поверхности металла и разрушающие ее органическими кислотами, как продуктами их метаболизма.

   Столь разносторонний подход к методам исследования позволяет выбрать для производства органические соединения, обладающие необходимым комплексом свойств для проявления функций блескообразователей покрытия при его формировании на катоде, ингибитора наводороживания стальной основы и электроосадка (как при его формировании, так и при коррозии в среде с микроорганизмами, ее ускоряющими или провоцирующими) и ингибитора коррозии с биоцидным действием на эти микроорганизмы.

Такой комплексный подход, лежащий в основе настоящей Заявки, позволяет экономить сырьё для производства органических соединений, обладающих комплексом ценных свойств, поскольку в одном веществе реализуются все три важные для эксплуатации металлических изделий в природных и технологических средах функции. Как известно, в нашей стране начиная с 1990 г. происходит резкое сокращение добычи нефти и газового конденсата: с 1985 г. их суммарное производство упало с 610 до 284 млн т в 2000 г. Хотя добавки для гальванотехники, производимые из этих природных продуктов, не относятся к категории крупнотоннажных продуктов, производство ингибиторов коррозии для нефте- и газодобычи, транспорта и других отраслей народного хозяйства уже давно лимитируется количеством отпускаемого для этой цели сырья. Учитывая полифункциональность разрабатываемых по настоящему Проекту продуктов, их реальную, подтверждённую в лабораторных исследованиях и заводских условиях эффективность как ингибиторов наводороживания и коррозии, включая так называемую микробиологическую коррозию, и проявление ими биоцидного (или биостатического) действия на СРБ и дейтеромицеты (включая самого агрессивного среди них Aspergillus niger), эта идея является принципиально новой, ранее никем нигде публично не высказывавшейся, а её материальное воплощение в виде специально синтезированных (или полученных от химиков, ведущих синтез органических соединений с заданными свойствами) реально состоявшемся[17-20].

В настоящее время выяснены те характерные особенности органических молекул, которые необходимы для проявления веществом свойств ингибиторов коррозии. Квантовохимический подход позволяет объяснить взаимодействие (хемосорбцию) органических молекул с поверхностью металла катода, что необходимо для направленного синтеза ингибиторов наводороживания, коррозии и электрокристаллизации металла.

Подлежат продолжению исследования, направленные на выяснение связи биоцидного действия и фунгицидного (на примитивные грибы - дейтеромицеты) действия органических соединений со строением их молекул[20].

ПЛАН РАБОТЫ НА 2 ГОДА, В Т.Ч. ПЕРВЫЙ ГОД – С ПОКВАРТАЛЬНОЙ РАЗБИВКОЙ ЭТАПОВ

Первый этап – ноябрь 2007 г. – январь 2008 г. Работа со специальной литературой (монографии и периодические издания).

Февраль 2008 г. – апрель 2008 г. Работа в библиотеках г. Москвы и Санкт-Петербурга.

Второй этап – март 2008 г. – май 2008 г. Исследование ингибирующих и биоцидных свойств органических соединений, синтезированных в Пермском государственном университете и в Самарском государственном техническом университете.

Июнь 2008 г. – август 2008 г. Лабораторные исследования с целью расширения ингибиторов микробиологической коррозии.  

Сентябрь 2008 г. – ноябрь 2008 г. Монтаж опытной установки (реактора синтеза) и отработка на ней режимов технологического процесса.  Осуществляется на университетских площадях.

Третий этап - декабрь 2008 г. - ноябрь 2009 г. Проведение экспериментальных исследований по определению биоцидной и ингибирующей способности 20 органических соединений. Проведение ряда исследований по определению содержания водорода в стали с Cd покрытием, осажденным из электролита, модифицированного органическими веществами.