Inhibitory koroze kovů Úvod Korozní rychlost kovových materiálů lze ovlivnit úpravou prostředí, ve kterém korozní děj probíhá. Mezi tyto úpravy patří i použití inhibitorů koroze kovů. Inhibitor je látka, která přidána v malé koncentraci do prostředí snižuje korozní rychlost. Existuje velké množství látek, které mají inhibiční účinky a je možno je rozdělit na následující skupiny: a) anodické inhibitory - jsou to látky, které brzdí anodickou (korozní) rekci. Tyto látky se používají hlavně v neutrálních roztocích a obvykle působí vznik nerozpustných produktů, které chrání povrch před další korozí (např. pasivní vrstva). Tyto látky musí být přítomny v dostatečném množství, neboť při poklesu koncentrace pod určitou hodnotu korozi naopak podporují a způsobují nerovnoměrné napadení povrchu. Mezi tyto inhibitory patří dusitany, benzoany, chromany, fosforečnany, křemičitany Obr.1: Vliv anodického inhibitoru pro kov korodující v aktivním stavu. b) katodické inhibitory - zpomalují průběh katodické (depolarizační) reakce. V neoxidačních kyselinách takto působí při korozi sloučeniny antimonu a arzenu, které brzdí vylučování vodíku. V neutrálních roztocích vytvářejí vápenaté a zinečnaté ionty, spolu s produkty koroze vrstvy, které brzdí kyslíkovou depolarizaci. Takto působí i polyfosforečnany.
Obr.2: Vliv katodického inhibitoru pro kov korodující v aktivním stavu. c) adsorpční inhibitory - brzdí korozní reakce (anodickou i katodickou) adsorpcí na povrchu kovu. Jedná se obvykle o organické látky, které obsahují skupiny s dusíkem a sírou např. aminy, merkaptany. Jejich hlavní uplatnění je při moření kovů. Někdy jsou mezi inhibitory řazeny také látky k odstranění nežádoucích příměsí z roztoku (tzv. destimulátory), nejčastěji kyslíku z vody (hydrazin). Látky k odstranění kyslíku jsou účinné jen tam, kde je redukce kyslíku řídící reakcí korozního děje. Působení inhibitoru je často vázáno na určitý korozní systém (kov - prostředí) a ovlivněno je jak koncentrací prostředí, tak i teplotou. Obvykle se používá směsí inhibitorů zvlášť v systémech, kde je více kovů, případně aby se účinek různých druhů inhibitorů doplňoval a zesiloval. K hodnocení účinku inhibitoru koroze se nejčastěji používá metoda hodnocení koroze podle hmotnostních a rozměrových změn po expozici kovu v korozním prostředí. Tento postup je dán ČSN 03 8102. K hodnocení vlivu inhibitoru je také možno použít objemové metody, s úspěchem lze také užít elektrochemických metod jako je měření polarizačního odporu či extrapolace lineárních částí polarizačních křivek. Účinnost inhibitoru pro měření oceli se hodnotí podle ČSN 03 8191.
Cíl práce Určete inhibiční účinek zadané látky na korozi uhlíkové oceli v daném prostředí podle hmotnostních změn. Potřebná zařízení a materiál Vzorky uhlíkové oceli (16 kusů; 30x80 mm), chemikálie k přípravě korozního prostředí, inhibitor, 8 skleněných kádinek (250 ml) a hodinových sklíček, termostat, analytické váhy, posuvné měřítko, brusné papíry, střička s ethanolem, exsikátor, kleště, mořící roztok (Clarkův roztok -1000 ml HCl, 1,17 g.cm -3, 50 g SnCl 2.2H 2 O, 20 g Sb 2 O 3 ). Postup práce Připravte 2l roztoku korozního prostředí (5 hm.% roztok H 2 SO 4 ) a do jednotlivých částí roztoku (8 x 250 ml) přidejte inhibitor (thiomočovinu) tak, aby jeho koncentrace měla zadané hodnoty (dvakrát bez inhibitoru, 6x s inhibitorem - 2 x 0,1 g.l -1, 2 x 0,3 g.l -1, 2 x 0,5 g.l -1 ). Jednotlivé kádinky s roztoky popište (číslem, které označuje koncentraci inhibitoru). Polovinu kádinek obsahující korozní prostředí s různým obsahem inhibitoru vložte do lázně a nechte temperovat při teplotě 50 C. Kovové vzorky (16 ks) mechanicky očistěte, označte číslem (pokud je nezbytné), omořte, opláchněte vodou, ethanolem, osušte, určete rozměry vzorků, znovu opláchněte ethanolem, osušte a vložte do exsikátoru. Před expozicí vzorky zvažte na analytických vahách s přesností na 4 desetinná místa gramu. Pro každou koncentraci inhibitoru použijte dva paralelní vzorky. Vzorky vkládejte tak, aby byly zcela ponořeny (min 1 cm pod hladinu) a vzájemně se nedotýkaly. Doba expozice pro 1. sérii vzorků je 1 hodina, pro 2. sérii 2 hodiny. Po uplynutí příslušné doby vzorky vyjměte, opláchněte destilovanou vodou a ethanolem, osušte a uložte do exsikátoru. Vzorky zvažte a zaznamenejte jejich hmotnosti včetně podmínek expozice (tj. teplotu, čas, koncentraci inhibitoru). Vizuálně ohodnoťte změnu povrchu. Výsledky zaneste do tabulky. Tabulka I: Tabulka pro ukládání výsledků měření Teplota expozice: Doba Koncentrace Hmotnost (g) Číslo expozice inhibitoru vzorku (h) (g.l -1 před po ) Hmotnostní úbytek (g) Povrch (cm 2 )
Vyhodnocení naměřených dat Z hmotnostních změn spočtěte korozní rychlosti v k (mm.a -1 ) a zhodnoťte účinek inhibitoru podle hodnoty účinnosti inhibitoru Z: Z... účinnost inhibitoru v ko... korozní rychlost bez inhibitoru (z hmotnostních změn) v ki... korozní rychlost s inhibitorem (z hmotnostních změn) Výsledky zapište do tabulky odděleně podle teploty expozice. Tabulka II.: Tabulka pro ukládání výsledků. Teplota expozice: Koncentrace inhibitoru (g.l -1 ) Korozní rychlost (mm.a -1 ) v čase: Účinnost inhibitoru (%) 0-1 h 1-2 h 0-2 h 0-1 h 1-2 h Graficky zpracujte : - závislost korozní rychlosti v k (mm.a -1 ) na čase τ (h) (v grafu bude vynesena korozní rychlost v době 0 až 1 h a od 1 do 2 h). v k... korozní rychlost τ... čas - teplotní závislost koroze (z hmotnostních změn po 2 hodinách expozice, tj. v čase 0-2h) v souřadnicích log v k (mm.a -1 ) 1/T (K -1 ). T... teplota v Kelvinech - koncentrační závislost účinnosti inhibitoru Z (%) - ci (g.l -1 ) c i... koncentrace inhibitoru
Protokol obsahuje stručný popis postupu práce a zadání výsledky v tabulkách grafy v k - čas, log v k - 1\T, Z - c i stručné zhodnocení vlivu koncentrace inhibitoru stručné zhodnocení časové a teplotní závislosti mechanismus inhibičního působení sledovaného inhibitoru Kontrolní otázky 1) Co je koroze? 2) Co je inhibitor? 3) Podle čeho se inhibitory dělí do tří skupin a které to jsou skupiny?