Механизм действия ингибиторов коррозии

Защитное действие катодных ингибиторов коррозии связано с их адсорбцией на поверхности металла, образованием защитных адсорбционных пленок, тормозящих протекание процессов электрохимического растворения металла.

Характер адсорбции ингибиторов на поверхности металла определяется природой активных функциональных групп ингибитора и природой металла.

Высокомолекулярные органические ингибиторы, которые преимущественно применяют в настоящее время в нефтяной и газовой промышленности, имеют в своем составе атомы азота, серы или кислорода. Эти атомы имеют неподеленную электронную пару, поэтому ингибиторы, адсорбируясь на поверхности металла, могут образовывать с переходными металлами (железом, цинком, медью и др.) прочные хемосорбционные пленки благодаря взаимодействию электронной пары с незавершенными - подуровнями металла. В случае непереходных металлов происходит физическая адсорбция ингибиторов. Вследствие неоднородности поверхности металла по химическому составу и наличию дефектов на одних её частях хемосорбированные молекулы ингибиторов прочно блокируют поверхность, на других удерживаются силами физической адсорбции. Некоторые же участки поверхности остаются свободными от ингибитора. Скорость коррозии пропорциональна поверхности, свободной от адсорбированных молекул.

Важное значение в действии ингибиторов имеет величина заряда

поверхности коррелирующего металла. Если поверхность металла при коррозии заряжена отрицательно (например, Fe, Al, Zn), то на ней лучше адсорбируются ингибиторы катионного типа. Если же поверхность металла заряжена положительно, то на ней наиболее вероятна адсорбция ингибиторов анионного типа.

Изменять способность металла адсорбировать ингибиторы можно, изменяя заряд поверхности поляризацией от внешнего источника тока, с помощью специальных добавок или окислением поверхности металла.

Наличие двух жидких фаз (воды и углеводородной жидкости) в коррозионных средах нефтяной и газовой промышленности обусловливает возможность применения углеводород растворимых и водорастворимых ингибиторов. Не подразделяя ингибиторы на эти группы, Дж. Брегман объясняет механизм защитного действия ингибиторов образованием на поверхности металла трехслойной пленки. В нижней части пленки осуществляется связь между полярной частью молекулы ингибитора и поверхностью металла. Считается, что защитное действие трехслойной пленки в первую очередь зависит от силы этой связи. Средняя часть пленки - неполярный радикал молекулы ингибитора. Её влияние на защитное действие определяется степенью смачивания или экранирования поверхности металла этой частью молекулы. Наружный слой - гидрофобный слой нефти, присоединенный к углеводородному радикалу молекулы ингибитора. Предполагается, что этот слой углеводородной фазы служит дополнительной защитной пленкой, препятствующей диффузии как ионов металла в среду, так и коррозионных агентов из водной фазы к поверхности металлам (рис. 28а).

а б в

Рис. 28. Схема действия ингибиторов

А.А. Гоником показано, что углеводородорастворимые ингибиторы снижают коррозию в углеводородной и водной среде, тогда как водородорастворимые ингибиторы заметно уменьшают коррозию только в водной среде. Предложена следующая схема структуры адсорбционных слоев ингибиторов на поверхности стали (рис. 28б). Нижний слой молекул обращен полярными группами к металлу и связан с ним химически. Обратно же ориентированный слой молекул, образующихся на границе раздела углеводород - раствор электролита, направлен полярными группами в электролит. Между этими противоположно ориентированными слоями

молекул заключено равновесное количество углеводородной жидкости. При адсорбции углеводородрастворимых ПАВ также возникают бимолекулярные слои из поверхностно-активных молекул, но между ними отсутствует (рис.

28в) углеводородная прослойка. При использовании смеси двух различных ингибиторов возможен синергетический эффект, проявляющийся в том, что смесь оказывается намного эффективнее, чем каждый ингибитор в отдельности при концентрации, аналогичной суммарной концентрации компонентов. Этот эффект объясняется совместной адсорбцией обоих ингибиторов, обладающих разным строением и свойствами и поэтому защищающих различные энергетически неоднородные участки поверхности металла.

В настоящее время в нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности широкое промышленное применение нашли марки ингибиторов: ИКБ-4В (соль кубовых остатков синтетических жирных кислот и моноэтаноламина), И-1-А (смесь полиалкилпиридинов), ИКСГ-1 (кальциевая соль кислого гудрона), АНПО (смесь алифатических аминов), ИКАР-1 (смесь моноэтаноламина и натриевых солей сульфокислот) и др. Эффективность защитного действия этих ингибиторов составляет 90-99

%.