Защита металлов в нейтральных средах с рН 5÷9 (во влажных атмосферах и различных водных растворах) может быть достигнута формированием на их поверхностях тонких покрытий (до нескольких десятков нм), обусловленных адсорбцией и более сложным химическим взаимодействием органических ингибиторов коррозии с защищаемым металлом. В настоящем кратком оборе обсуждаются особенности формирования и защиты металлов в парогазовой фазе, т.е. летучими ингибиторами коррозии (ЛИК) преимущественно на железе и углеродистых сталях, меди и цинке. Показана важная роль хемосорбции ЛИК и как следствие возможность относительно её длительного защитного последействия в жестких условиях высокой влажности воздуха и периодической конденсации влаги на поверхности металлов. Продемонстрирован способ повышения эффективности защиты металлов за счет совместного применения ЛИК и летучих силанов, в том числе их послойной адсорбцией на защищаемом металле (метод “layer by layer”). Способность силанов к химическим превращениям при взаимодействии с водяным паром оказалась полезной для целенаправленного создания на поверхности металла из парогазовой фазы защитных наноразмерных покрытий на металлах, обладающих замедленной десорбцией ЛИК, т.е относительно длительным защитным последействием.
Приведены результаты натурных испытаний эффективности смесевого камерного ингибитора (смесь октадециламина и бензотриазола) при защите металлов в тропиках. Показано, что камерная обработка металлов этой смесью с упаковкой обработанных образцов в полиэтиленовые пакеты:
– обеспечивает полную защиту меди, латуни и оцинкованной стали во влажном, морском и приморском тропическом климате на срок до 9 месяцев;
– обеспечивает полную защиту стали во влажном и приморском тропическом климате на срок до 9 месяцев и в морском тропическом климате на срок до 3 месяцев.
Показана возможность получения покрытия с многомодальной шероховатостью на низкоуглеродистой стали методом термического оксидирования в нитратно-фосфатном растворе в качестве первой ступени формирования супергидрофобной поверхности. Для определения покрытия с оптимальными характеристиками варьировали состав раствора, температуру и время оксидирования. Исследовали фазовый состав полученного покрытия. В качестве гидрофобизационного агента использовали этанольный раствор стеариновой кислоты. Показано, что сформированная супергидрофобная поверхность сравнима по своим характеристикам с покрытием, полученным после лазерного прожига, и обладает хорошими защитными свойствами.
Для нанесения лакокрасочных покрытий на поверхности алюминиевых сплавов формируют специальные праймеры, в том числе, методом химического оксидирования. Праймеры должны служить промоутерами адгезии и нести дополнительную антикоррозионную защиту. В настоящей работе ультратонкие конверсионные покрытия- праймеры были получены в экологически безопасном конвертирующем составе ИФХАНАЛ-2М на основе молибдатов и фосфатов. Для улучшения защитных и адгезионных свойств покрытий они были модифицированы путём изменения конвертирующего состава и последующего наполнения покрытий в растворе ингибитора коррозии. Среди исследованных модифицирующих добавок наилучший результат показал 1,2,3-бензотриазол (БТА). Покрытия, полученные в растворе с добавлением БТА, эффективно адсорбируют ингибитор коррозии на стадии наполнения покрытий, показывают хорошие защитные свойства при коррозионных испытаниях в камере влажности и высокие параметры адгезии лакокрасочных покрытий. По этим свойствам они близки традиционным праймерам, получаемым в хроматных конверсионных составах.
Камерная защита–перспективный и интенсивно развивающийся метод парофазной защиты металлов от атмосферной коррозии ингибиторами. В ходе коррозионного скрининга индивидуальных органических ингибиторов показано, что камерная обработка (КО) 2-этилгексановой кислотой (ЭГК) эффективно тормозит инициирование коррозии цинка.
Комплексом ускоренных коррозионных, электрохимических и физических методов исследованы особенности камерной защиты цинка и механизмы действия ЭГК, Показано, что:
– с ростом температуры КО цинка эффективность ЭГК сначала растет, а затем падает.
Рост защитного действия связан с благоприятствующим адсорбции повышением давления пара ингибитора. Нисходящая ветвь температурной зависимости обусловлена падением адсорбции при нагреве адсорбента (цинка). Оптимальная температура КО цинка ЭГК–100оС.
– эффективность ЭГК повышается по мере увеличения времени КО до 1 часа. Эта продолжительность оптимальна для рассматриваемой системы. Более длительная КО положительного эффекта не дает и нецелесообразна.
– при КО цинка в оптимальных условиях на его поверхности формируются адсорбционные пленки ЭГК толщиной до 100 нм. Кислота реагирует с металлом и поверхностным оксидом с образованием основной соли C4H9-CH(C2H5)-COO-Zn-OH. После извлечения цинка из камеры и выдержки его на открытом воздухе основная соль дегидратируется и превращается в соединение формулы C4H9-CH(C2H5)-COO-Zn-O-Zn- OOC-СН(C2H5)-C4H9, ответственное за защиту металла. Этот процесс определяет рост эффективности защиты в течение первых суток выдержки металла вне камеры при комнатной температуре.
– поверхностные слои, формируемые на цинке при КО и последующей выдержки его на воздухе пассивируют металл и стабилизируют его пассивное состояние. Их действие связано, как с экранированием поверхности от воздействия коррозивной среды, так и с торможением коррозионных процессов на активной поверхности металла.
Эффективность ЭГК при защите цинка подтверждена натурными испытаниями.
Разработаны способы предварительной модификации поверхности конструкционных металлов композициями на основе органосиланов. Композиции состояли из растворов как индивидуальных органосиланов, так и двухкомпонентных смесей, состоящих из двух органосиланов или из органосилана и органического ингибитора коррозии. В результате такой модификации на поверхности металла формируется самоорганизующийся силоксановый полимерно/олигомерный наноразмерный слой, способный менять физико-химические свойства поверхности металла, в частности, снижать склонность металла к коррозионному разрушению. В настоящей работе представлены результаты одногодовых натурных коррозионных испытаний конструкционных металлов: стали, меди, цинка, поверхность которых модифицирована композициями на основе органосиланов.
Показано, что предварительная модификация поверхности металлов этими композициями приводит к ингибированию, как равномерной, так и локальной коррозии металлов. Наибольшее ингибирующее действие продемонстрировали двухкомпонентные модифицирующие композиции: смеси винил- и аминосилана, винилсилана и бензотриазола. Рассмотрен механизм ингибирования коррозии слоями, сформированными в результате модификации поверхности двухкомпонентными смесями.
Рассмотрены вопросы эволюции электрохимических свойств многослойных полимерных композиционных покрытий и составляющих их грунтовочных и инертных изолирующих слоев на различных металлических подложках в хлоридных средах. Показано, что электрохимические модели для типичных функциональных слоев покрытия (изолирующего и грунтовочного) могут претерпевать существенные изменения в процессе экспозиции в агрессивных средах. Наименьшие изменения наблюдаются для изолирующего слоя с инертной полимерной основой и с инертными наполнителями, нанесенного на инертную (Pt) подложку: цифровая модель описывается простейшей эквивалентной схемой (ЭС) с одним характеристическим процессом релаксации во всем диапазоне времен экспозиции. Для того же покрытия на корродирующей стальной подложке подобная модель корректна только на начальной стадии экспозиции. В дальнейшем, по мере развития подпленочной коррозии, ЭС эволюционирует в систему с двумя релаксационными процессами. В грунтовочных покрытиях с коррозионно- активным металлическим наполнителем (Zn) ситуация усложняется и два релаксационных процесса фиксируются с начального периода экспозиции.
Для многослойных композиционных покрытий, содержащих пространственно разделенные слои с активными и инертными наполнителями, на корродирующей стальной подложке идентифицируются три характеристических времени релаксации. Это согласуется с моделью многофазных послойных объемно-наполненных полимерных композитов и обосновывает использование аддитивных ЭС Войта.
В рамках данного подхода были предложены цифровые модели эволюции электрохимических свойств для исследованных систем, включая инертные слои на стали и платине, тонкие и многослойные Zn–наполненные грунтовочные слои и многослойные покрытия из перечисленных материалов при разных температурах в хлоридных средах. Полученные результаты позволяют предложить методику неразрушающего EIS контроля физико-химических и коррозионных процессов в композиционных полимерных защитных покрытиях на разных стадиях экспозиции в агрессивных средах.
