Тетраборфосфатные ингибиторы для защиты рабочих органов сельскохозяйственных машин от коррозии в процессе межсезонного хранения
Автор: Фадеев Иван Васильевич, Успенский Иван Алексеевич, Чаткин Михаил Николаевич, Юхин Иван Александрович, Петров Станислав Робертович, Казарин Александр Сергеевич
Журнал: Инженерные технологии и системы @vestnik-mrsu
Рубрика: Машиностроение
Статья в выпуске: 2, 2026 года.
Бесплатный доступ
Введение. Проблема коррозионного разрушения рабочих органов сельскохозяйственных машин в период межсезонного хранения остается актуальной из-за неэффективности традиционных методов консервации. Решение этой проблемы необходимо для снижения материальных потерь, увеличения срока службы техники и обеспечения бесперебойности сезонных полевых работ. Цель исследования. Теоретическое и экспериментальное обоснование применения тетраборфосфатов щелочных металлов и аммония в качестве высокоэффективных ингибиторов коррозии для защиты стали 65Г. Материалы и методы. Объектом исследования является сталь 65Г, из которой изготавливают рабочие органы сельскохозяйственных машин. Ингибирующее действие синтезированных тетраборфосфатов лития, натрия, калия и аммония оценивали гравиметрическим (по ГОСТ 9.908–85, весы ВЛА-200 г-М), электрохимическим (потенциостат П-5848, трехэлектродная ячейка) и коррозионно-усталостным (база испытаний 2 · 106 циклов) методами в 3 %-м растворе NaCl. Результаты исследования. При добавлении тетраборфосфата калия в 3 %-й раствор NaCl скорость коррозии стали 65Г составила 4,2 · 10–3 г/(м2·ч), тогда как в растворе без ингибитора – 44,6 · 10–3 г/(м2·ч). По данным электрохимических измерений потенциал коррозии стали в присутствии тетраборфосфата калия сместился с −0,42 до −0,16 В. В моющем растворе МС-8 с добавкой тетраборфосфата калия (5 кг/м3) при температуре 60 °C и продолжительности мойки 6 минут степень очистки поверхности достигла 88,9 %, краевой угол смачивания составил 25°. При коррозионно-усталостных испытаниях на базе 2 · 106 циклов предел выносливости стали в агрессивной среде с добавкой тетраборфосфата калия повысился на 6,5 МПа по сравнению с раствором без ингибитора. Обсуждение и заключение. Полученные результаты позволяют рекомендовать изученные тетраборфосфатные соединения, особенно тетраборфосфата калия, в качестве эффективных моюще-пассивирующих добавок к водным моющим растворам и составам для защиты от коррозии рабочих органов сельскохозяйственной техники в период межсезонного хранения. Это позволит обеспечить технологичность, экологичность и повышение долговечности техники.
Ингибиторы коррозии, тетраборфосфаты, сталь 65г, межсезонное хранение, синтетические моющие средства, коррозионная стойкость, краевой угол смачивания, коррозионная усталость
Короткий адрес: https://sciup.org/147254625
IDR: 147254625 | УДК: 631.3.02 | DOI: 10.15507/2658-4123.26362.416-432
Tetraborophosphate inhibitors for protecting agricultural machinery components against corrosion during off-season storage
Introduction. The problem of corrosion damage to the working bodies of agricultural machinery during off-season storage remains a pressing one due to the ineffectiveness of traditional preservation methods. Solving this problem is necessary to reduce material losses, increase the service lifetime of equipment, and ensure uninterrupted operation during seasonal fieldwork. Aim of the Study. The study is aimed at the theoretical and experimental substantiation for the use of alkali metal and ammonium tetraboron phosphates as highly effective corrosion inhibitors for protecting steel 65G. Materials and Methods. The object of the study was steel 65G, which is used to manufacture the working bodies of agricultural machines. The inhibitory effect of the synthesized lithium, sodium, potassium, and ammonium tetraborophosphates was assessed using the gravimetric (according to GOST 9.908–85, VLA-200 g-M scales), electrochemical (potentiostat P-5848, three-electrode cell), and corrosion fatigue (2·106 cycles) methods in a 3% NaCl solution. Results. When potassium tetraborophosphate was added to a 3% NaCl solution, the corrosion rate of steel 65G was 4.2·10–3g/(m2·h), while it was 44.6·10–3 g/(m2·h) in a solution without an inhibitor. According to electrochemical measurement data, the steel corrosion potential in the solution with potassium tetraborophosphate changed from −0.42 to −0.16 V. In the cleaning solution MS-8 with the addition of potassium tetraborophosphate (5 kg/m3) at a temperature of 60 °C and a washing period of 6 minutes, the surface cleaning degree reached 88.9%, and the contact angle was 25°. In carrying out corrosion fatigue tests based on 2·106 cycles, the steel fatigue limit in an aggressive environment with potassium tetraborophosphate increased by 6.5 MPa compared to a solution without an inhibitor. Discussions and Conclusion. The results obtained allow us to recommend the studied tetraboron phosphate compounds, particularly potassium tetraboron phosphate, as effective detergentpassivating additives to aqueous cleaning solutions and to corrosion protection compounds for agricultural machinery during off-season storage. This will ensure technological effectiveness, environmental friendliness, and increased lifetime of the equipment.
Текст научной статьи Тетраборфосфатные ингибиторы для защиты рабочих органов сельскохозяйственных машин от коррозии в процессе межсезонного хранения
ISSN 2658-4123
МАШИНОСТРОЕНИЕ /MECHANICAL ENGINEERING
EDN:
I. A. Yukhin b, S. R. Petrov d, A. S. Kazarin e a Chuvash I. Yakovlev State Pedagogical University, Cheboksary, Russian Federation, b Ryazan State Agrotechnological University named after P A. Kostychev,
Ryazan, Russian Federation, c National Research Mordovia State University, Saransk, Russian Federation, d Chuvash State Agrarian University, Cheboksary, Russian Federation e Independent Researcher, Ryazan, Russian Federation
Агропромышленный комплекс является стратегически важной отраслью экономики Российской Федерации, обеспечивающей продовольственную безопасность государства. Эффективность его функционирования в значительной степени определяется технической оснащенностью и сохранностью парка сельскохозяйственных машин (СХМ) [1]. Особую роль в этом играет состояние наиболее уязвимых элементов – рабочих органов, к которым относятся лемеха плугов, лапы культиваторов, диски борон, сегменты косилок и другие детали, непосредственно контактирующие с абразивными и агрессивными средами [2]. Значительные разрушительные процессы происходят в периоды межсезонного хранения, когда техника подвергается интенсивному воздействию атмосферных осадков, конденсата, почвенных электролитов, оставшихся на поверхностях, и перепадов температур [3]. Именно в эти периоды развивается интенсивная атмосферная коррозия, понижается усталостная прочность металла, и все это приводит к преждевременному выходу деталей из строя в последующий период эксплуатации.
Традиционные способы консервации техники на период хранения (смазки, густые нефтяные составы, лакокрасочные покрытия) зачастую являются трудоемкими, требуют специального оборудования для нанесения и, что критически
Vol. 36, no. 2. 2026 ENGINEERING TECHNOLOGIES AND SYSTEMS .^Ts важно, последующего удаления перед началом работ. Многие из них недостаточно эффективны в условиях длительного воздействия агрессивных сред, адсорбируют влагу, склонны к стеканию и растрескиванию [1; 2]. Кроме того, процесс их удаления сопряжен с использованием органических растворителей, щелочных растворов и механических методов, что увеличивает трудоемкость подготовки техники к эксплуатационному сезону и негативно влияет на экологическую обстановку [4].
В связи с вышеизложенным, создание новых, высокоэффективных и технологичных способов защиты рабочих органов СХМ для условий межсезонного хранения представляет собой актуальную научно-практическую проблему. Наиболее перспективным направлением является разработка и внедрение ингибиторов коррозии, которые могут быть интегрированы в процессы обслуживания и консервации машин. Такие составы должны обладать комплексом свойств: высокой защитной эффективностью; способностью к адгезии и адсорбции на металлических поверхностях; хорошей проникающей способностью в зазоры и щели; простотой нанесения (методом распыления, окунания); легкостью удаления (например, водосмываемость) или, альтернативно, не требовать удаления перед эксплуатацией, выполняя функцию смазочного материала на начальном этапе эксплуатационного сезона.
Цель работы – теоретическое и экспериментальное обоснование применения новых тетраборфосфатных соединений (ТБФС) щелочных металлов и аммония в качестве высокоэффективных ингибиторов коррозии для защиты рабочих органов СХМ в процессе межсезонного хранения.
Для достижения поставленной цели необходимо проанализировать информацию по теме исследования и выбрать пути реализации; синтезировать и охарактеризовать тетраборфосфаты лития (ТБФЛ), натрия (ТБФН), калия (ТБФК) и аммония (ТБФА); оценить эффективность ингибирующего действия синтезированных тетраборфосфатов на коррозию стали 65Г в 3 %-м водном растворе NaCl гравиметрическим, электрохимическим и коррозионно-усталостным испытанием; изучить влияние присутствия ТБФС в водных растворах синтетических моющих средств (СМС) на степень очистки и краевой угол смачивания металлической поверхности при различной продолжительности мойки и температуре растворов.
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Проблема защиты рабочих органов сельскохозяйственной техники от коррозии в условиях межсезонного хранения остается актуальной как в российской, так и в мировой научной среде. Традиционные методы консервации, такие как использование нефтяных смазок, лакокрасочных покрытий и восковых составов, обладают рядом существенных недостатков: трудоемкость нанесения и удаления, низкая экологичность, недостаточная долговечность и склонность к механическим повреждениям [1–4]. В связи с этим в последние десятилетия большое внимание уделяется разработке ингибиторов коррозии, интегрируемых в моющие и кон-сервационные составы, что позволяет совмещать процессы очистки и защиты металлических поверхностей.
В отечественных исследованиях активно развиваются подходы к созданию комплексных ингибиторов на основе боратов и фосфатов. Так, ученые из Чувашии
ИНЖЕНЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ Том 36, № 2. 2026 показали высокую эффективность фосфатборатных соединений в нейтральных водных средах, подчеркнув их способность формировать на поверхности стали устойчивые пассивные пленки [5; 6]. Аналогичные результаты были получены при использовании дипинаконборатных [4; 7] и амидоборатных [8] соединений, которые демонстрируют выраженный анодный характер ингибирования и совместимость с СМС. Была обоснована целесообразность применения ингибиторов в составе моющих растворов для СХМ и акцентировано внимание на таких параметрах, как краевой угол смачивания, адгезия и водосмываемость [2; 9].
Зарубежные исследователи также уделяют значительное внимание разработке «зеленых» ингибиторов коррозии, в частности, на основе фосфатов и боратов. В этом направлении успешно работает коллектив ученых из Норвегии [10], который посвятил свои исследования современным фосфатсодержащим ингибиторам и подтвердил их высокую эффективность в нейтральных и слабощелочных средах, а также способность взаимодействовать с ионами железа с образованием защитных комплексов. C. Verma, E. E. Ebenso и M. A. Quraishi рассмотрели боратсодержащие ингибиторы и отметили их низкую токсичность, биоразлагаемость и совместимость с другими компонентами моющих составов, что делает их перспективными для промышленного применения [11]. При этом зарубежные авторы больше внимания уделяют органическим или гибридным (органико-неорганическим) ингибиторам, тогда как российские исследователи отдают предпочтение неорганическим солевым комплексам, в частности, тетраборфосфатам щелочных металлов и аммония [12–14].
Однако ряд вопросов в этой области все еще остается нерешенным. Во-первых, недостаточно изучено влияние таких соединений на коррозионно-усталостную прочность сталей, особенно в условиях циклических нагрузок, характерных для эксплуатации рабочих органов почвообрабатывающих и других СХМ [1; 3]. Во-вторых, отсутствуют системные данные о совместимости ингибиторов с различными типами СМС и их поведении при изменении температуры и pH [15; 16]. В-третьих, редко рассматривается применение ингибиторов именно в контексте межсезонного хранения СХМ, чаще речь идет о защите в промышленных системах охлаждения, нефтегазовой отрасли или транспорте [17–19].
Таким образом, несмотря на значительный прогресс в области разработки ингибиторов коррозии, актуальной остается задача создания моюще-пассивиру-ющих составов, сочетающих высокую очищающую способность, низкий краевой угол смачивания, выраженный анодный характер ингибирования и положительное влияние на усталостную прочность металла. Именно на решение этой комплексной задачи направлено исследование тетраборфосфатов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Синтез и характеристика тетраборфосфатных соединений
В экспериментах использовали ТБФЛ брутто-формулы Li2В4О7 · 2Li3РО4 · 4H2O, ТБФН брутто-формулы Na2В4О7 · 2Na3РО4 · 4H2O, ТБФК брутто-формулы K2В4О7 · K3РО4 · 2H2O и ТБФА брутто-формулы (NH4)2В4О7 · (NH4)3РО4 · 4H2O. Образование вышеперечисленных соединений установлено изучением боратных водно-солевых систем методами физико-химического анализа [5; 14]. Тетраборфосфаты синтезировали по реакции совместной кристаллизации из водных растворов тетраборатов и фосфатов в стехиометрических соотношениях в 4 реакционных колбах (№1-4) емкостью по 0,002 м3, в которые наливали по 0,0012 м3 дистиллированной воды и вносили: в колбу №1 - 232 г (2 моля) фосфата лития и 170 г (1 моль) тетрабората лития, в колбу №2 - 328 г (2 моля) фосфата натрия и 170 г (1 моль) тетрабората натрия, в колбу №3 - 212 г (1 моль) фосфата калия и 234 г (1 моль) тетрабората калия, в колбу №4 - 149 г (1 моль) фосфата аммония и 192 г (1 моль) тетрабората аммония. Смеси непрерывно перемешивали в течение 6 часов при температуре 25 °С [5]. Приготовленные растворы переносили в кристаллизаторы для выращивания кристаллов.
Синтезированное соединение ТБФЛ (колба №1) представляет мелкокристаллическое вещество с выходом продукта 91–93 %, хорошо растворяется в воде. Для соединения Li 2 B 4 O7 • 2Li 3 PO 4 • 4H 2 O пикнометрическим методом определена плотность в бензоле и толуоле, которая равна в среднем 1,684 кг/м3; его молекулярный объем равен 281,47 × 10-6 м3/моль, удельный объем – 5,94 × 10-4 м3/кг. Показатели преломления кристаллов: N g - 1,584 (наибольший показатель преломления); Np – 1,456, (наименьший).
Соединение ТБФН (колба №2) представляет собой белый порошок, с выходом продукта 92–95 %, хорошо растворяется в воде. Для соединения Na2В4О7 · 2Na3РО4 · 4H2O пикнометрическим методом определена плотность в бензоле и толуоле, равная в среднем 1,706 кг/м3; его молекулярный объем равен 352,87 × 10-6 м3/моль, удельный объем – 5,86 × 10-4 м3/кг. Показатели преломления кристаллов: Ng – 1,592; Np – 1,451.
Соединение ТБФК (колба №3) кристаллизуется в виде гексагональных призм с выходом продукта 93-95 %, хорошо растворяется в воде. Для полученного соединения брутто-формулы K2В4О7· K3РО4 · 2H2O определена плотность, которая равна 1,535 кг/м3, а вычисленные молекулярный и удельный объемы соответственно равны 314,01 × 10-6 м3/моль и 6,52 × 10-4 м3/кг. Показатели преломления кристаллов: Ng – 1,552; Np – 1,475.
Соединение ТБФА брутто-формулы (NH4)2В4О7 · (NH4)3РО4 · 4H2O (колба №4) кристаллизуется в виде тонких прозрачных игл с выходом продукта 92-94 %, хорошо растворяется в воде. Его плотность – 1,460 кг/м3; молекулярный объем равен 282,88×10-6 м3/моль, удельный объем – 6,85 × 10-4 м3/кг. Показатели преломления кристаллов: Ng – 1,607; Np – 1,483.
Методика электрохимических испытаний
Исследования влияния ТБФС на противокоррозионную устойчивость высокоуглеродистой стали 65Г, которая широко используется в конструкциях рабочих органов почвообрабатывающих машин [3], периодически подвергаемых консервации при межсезонном и зимнем хранении, проводили следующим образом. Сначала определили оптимальную концентрацию ТБФС в коррозионно-активной среде (3 %-й водный раствор NaCl) по максимальному смещению потенциала активации стали 65Г в потенциостатическом режиме поляризации. Данная информация была получена путем измерения стационарных потенциалов высокоомным вольтметром потенциостата П-5848.
Эксперимент был проведен в соответствии с разработанной методикой электрохимических испытаний [18; 19].
Методика гравиметрических испытаний и коррозионно-усталостных испытаний
Гравиметрические исследования скорости коррозии стали проводили на основании описанной методики [2; 5]. Образцы из стали 65Г погружали в 3 %-е водные растворы хлорида натрия без ингибиторов и ингибированных ТБФС. После этого они выдерживались в течение 10 часов при температуре 70–80 oС, извлекались из раствора и оставлялись в воздухе на 24 часа. Это составляло один цикл испытаний. Испытания проводились в течение 5 циклов (120 часов). После каждого цикла 3 опытных образца обрабатывали, взвешивали на аналитических весах ВЛА-200 г-М с точностью до 0,0005 г с последующей обработкой результатов по ГОСТ 9.908–851 ( n = 5, доверительная вероятность 95 %) и вычисляли скорость коррозии [17; 19].
Коррозионно-усталостные испытания проводили на базе N = 2·10⁶ циклов [18].
Методика изучения влияния тетраборфосфатных соединений на краевой угол смачивания и степень очистки металлической поверхности
Современные антикоррозионные и консервационные составы для СХМ должны иметь надежную адгезию. Одним из ключевых факторов, определяющих величину адгезии, особенно на молекулярном уровне, является смачиваемость. Мерой смачивания поверхности является краевой угол смачивания, который образуется между поверхностями жидкого и твердого веществ в точке соприкосновения фаз [9]. В связи с этим изучено влияние присутствия ТБФС в количестве 5 кг/м3 в 3 %-х водных растворах СМС МС-8 на краевой угол смачивания и степень очистки металлической поверхности при различной продолжительности мойки и температуре растворов. Краевой угол смачивания раствора определяли на кварцевой пластине. Каплю связующего раствора размером 1–2 мм формировали с помощью кварцевого капилляра. Измерения контактного угла с точностью ±1o проводили катетометром КМ-6 с угломерной головкой [9]. Опыты по влиянию ТБФС на краевой угол смачивания и степень очистки металлической поверхности проводили по известной и широко применяемой в научных экспериментах методике [17]. Для каждой точки эксперимента опыты проводились с трехкратной повторностью.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования влияния тетраборфосфатных соединений на противокоррозионную устойчивость стали 65Г
Электрохимические исследования показали, что без внешней поляризации стационарный потенциал стали в 3 %-м растворе хлорида натрия со временем снижается и через 30 минут принимает значения -0,42 В. Добавление тетраборфосфатов в коррозионно-активную среду способствует повышению потенциала стали, и при концентрации 0,5 % в расчете на безводную соль их значения равны: в 3 %-м растворе NaCl + ТБФЛ – (-0,35 В); в 3 %-м растворе NaCl + ТБФА – (-0,28 В);
в 3 %-м растворе NaCl + ТБФН – (-0,21 В); в 3 %-м растворе NaCl + ТБФК – (-0,16 В). Увеличение концентрации ТБФС свыше 0,5 % не приводит к существенному изменению стационарного потенциала стального образца. По этой причине дальнейшие эксперименты по изучению скорости коррозии стали 65Г в испытуемых растворах проводились при 0,5 %-й массовой концентрации ТБФС.
Введение ТБФС в 3 %-й раствор NaCl приводит к заметному повышению коррозионной стойкости стали. Установлено, что электродные потенциалы стали 65Г через 24 часа приобретают значения более положительные в ингибированных растворах, по сравнению с чистым 3 %-м водным раствором хлорида натрия (рис. 1), а по пассивирующему действию ТБФС располагаются в следующей последовательности: ТБФК > ТБФН > ТБФА > ТБФЛ.
Р и с. 1. Изменение во времени стационарного потенциала стали 65Г в 3 %-м водном растворе NaCl:
1 - в чистом растворе; 2 - с добавлением 5 кг/м3 ТБФЛ; 3 - с добавлением 5 кг/м3 ТБФА;
4 – с добавлением 5 кг/м3 ТБФН; 5 – с добавлением 5 кг/м3 ТБФК
F i g. 1. Changes in time of the steady state potential of steel 65G in a 3% NaCl aqueous solution:
1 - in clear solution; 2 - with the addition of 5 kg/m3 lithium tetraborophosphate;
3 – with the addition of 5 kg/m3 ammonium tetraborophosphate; 4 – with the addition of 5 kg/m3 sodium tetraborophosphate; 5 – with the addition of 5 kg/m3 potassium tetraborophosphate
Источник: рисунки 1–3 составлены авторами статьи в Microsoft Excel.
Source: the figures 1–3 were made by the authors of the article Microsoft Excel.
В ходе эксперимента потенциостатическим методом получены поляризационные кривые в испытуемых растворах при прямом и обратном ходе замеров, которые представлены в координатах « Е – i » (потенциал – плотность тока) (рис. 2). В присутствии ТБФС в 3 %-м растворе NaCl (кривые 2 - 5 ) потенциалы коррозии металла смещены в положительную сторону относительно потенциала коррозии Е кор. в фоновом электролите (кривая 1 ). При этом ТБФК характеризуется большей ингибирующей способностью, чем ТБФН, ТБФА и ТБФЛ.
Р и с. 2. Анодные и катодные потенциодинамические поляризационные кривые стали 65Г в 3 %-м водном растворе NaCl:
1 - в чистом растворе; 2 - с добавлением 5 кг/м3 ТБФЛ; 3 - с добавлением 5 кг/м3 ТБФА;
4 – с добавлением 5 кг/м3 ТБФН; 5 – с добавлением 5 кг/м3 ТБФК
F i g. 2. Anodic and cathodic potentiodynamic polarization curves of 65G steel in 3% aqueous NaCl solution:
1 – in clear solution; 2 – with the addition of 5 kg/m3 lithium tetraborophosphate; 3 – with the addition of 5 kg/m3 ammonium tetraborophosphate; 4 – with the addition of 5 kg/m3 sodium tetraborophosphate; 5 – with the addition of 5 kg/m3 potassium tetraborophosphate
Исследования влияния тетраборфосфатных соединений на скорость коррозии стали 65Г
Скорость коррозии стали после 24 и 120 часов испытания в 3 %-м водном растворе NaCl составила 44,6 • 10-3 и 32,8 • 10-3 г/м^ч, соответственно. ТБФС понижают скорость коррозии стали в 3 %-м водном растворе хлорида натрия. Скорость коррозии через 24 ч испытания в присутствии ТБФЛ равна 30,4 · 10–3 г/м2∙ч; через 120 ч – 25,6 · 10–3 г/м2∙ч. В присутствии ТБФН – 14,6 · 10–3 и 7,8 · 10–3 г/м2∙ч; в присутствии ТБФК – 9,2·10–3 и 4,2 · 10–3 г/м2∙ч; в присутствии ТБФА – 20,2 · 10–3 и 13,7 · 10–3 г/м2∙ч.
Значения pH растворов в исследуемых средах измерены.
Исследование влияния тетраборфосфатных соединений на коррозионноусталостную прочность стали 65Г
Уменьшение циклической прочности стали вызывается разрушениями, связанными с чисто коррозионными и коррозионно-механическими поражениями. Наличие ингибитора в коррозионной среде может оказывать влияние на оба разрушающих фактора, вызывающих снижение прочности металла. На рисунке 3 представлены результаты усталостных и коррозионно-усталостных исследований стали в воздухе и растворах МС-8, проведенных по разработанной методике [15; 18].
Приведенные данные указывают на то, что суммарная потеря циклической прочности стали 65Г в 3 %-м растворе NaCl на базе испытания N = 2 000 000 циклов составляет 9,9 МПа (кривые 1 и 2 ). Из них 6,6 МПа приходится на чисто коррозионные поражения и 3,3 МПа на коррозионно-механические (кривые 1 , 2 и 3 ). Добавка ТБФК в 3 %-й раствор NaCl увеличивает циклическую прочность стали (сравнение кривых 2 и 3 ). Данный эффект обусловлен снижением действия разрушающих факторов на уменьшение циклической прочности металла (кривые 1 , 3 и 5 ). На данной
базе испытания ТБФК в большей мере уменьшает разрушающее действие коррозионных поражений и в меньшей – коррозионно-механических.
Р и с. 3. Кривые усталости и коррозионной усталости стали 65Г:
1 - в воздухе; 2 - в 3 %-м растворе NaCl; 3 - в 3 %-м растворе NaCl + ТБФК 5 кг/м3;
4 - в воздухе после предварительной выдержки в 3 %-м растворе NaCl;
5 – в воздухе после предварительной выдержки в 3 %-м растворе NaCl + ТБФК 5 кг/м3;
F i g. 3. Fatigue and corrosion fatigue curves for steel 65G:
1 - in air; 2 - in a 3 % NaCl solution; 3 - in a 3 % NaCl + PTBP solution 5 кд/ m3;
4 - in air after preliminary exposure to a 3 % NaCl solution;
5 – in air after preliminary exposure to a 3 % NaCl + PTBP solution 5 кg/m3
Проведенные электрохимические и гравиметрические измерения позволили количественно сопоставить защитную эффективность всех четырех синтезированных тетраборфосфатных соединений. Для каждого из них были зафиксированы значения стационарционного потенциала и скорости коррозии стали 65Г в 3 %-м растворе хлорида натрия. Полученные данные свидетельствуют о том, что введение тетраборфосфатов изменяет кинетику электродных процессов на поверхности металла. Наибольшее смещение потенциала в положительную сторону и минимальная скорость коррозии зафиксированы в присутствии тетраборфосфата калия. Этот результат рассматривается как наиболее значимый для последующей разработки технологических составов.
Однако эффективность консервации определяется не только способностью ингибитора тормозить коррозию, но и его совместимостью с моющими средствами. Поверхность рабочих органов сельскохозяйственных машин перед закладкой на хранение требует обязательной очистки от загрязнений. В связи с этим были проведены дополнительные эксперименты по оценке моющей способности 3 %-х водных растворов синтетического моющего средства МС 8, содержащих добавки тетраборфосфатов. В ходе испытаний варьировали температуру раствора от 20 до 80 °C и продолжительность мойки от 2 до 8 минут. Для каждого режима определяли степень очистки стальных образцов и краевой угол смачивания. Именно эти параметры характеризуют способность раствора удалять загрязнения и равномерно смачивать поверхность, что критически важно для формирования защитной пленки.
В таблице представлены экспериментальные данные исследования влияния присутствия ТБФС в количестве 5 кг/м3 в 3 %-х водных растворах СМС МС-8 на степень очистки и краевой угол смачивания поверхности образцов при различной продолжительности мойки и температуре растворов.
FZrbghkljh_gb
ОБСУЖДЕНИЕ
Полученные экспериментальные данные подтверждают, что тетраборфосфатные соединения, особенно ТБФК, эффективно снижают скорость коррозии стали 65Г в нейтральных хлоридсодержащих средах. Снижение скорости коррозии с 44,6·10–3 до 4,2·10–3 г/м2·ч и смещение стационарного потенциала в положительную сторону (с -0,42 до -0,16 В) свидетельствуют о преимущественно анодном механизме ингибирования, что согласуется с ранее опубликованными данными [5; 6] для фосфатборатных соединений.
Сопоставление с результатами других исследований [10; 11] показывает, что неорганические боратфосфатные комплексы не уступают по эффективности некоторым «зеленым» органическим ингибиторам, а по технологичности и стабильности в моющих растворах превосходят их. Выявленная последовательность пассивирующего действия (ТБФК > ТБФН > ТБФА > ТБФЛ) коррелирует с буферной емкостью и способностью формировать плотные феррогидроксотетра-борфосфатные пленки на поверхности металла.
Из данных исследования влияния ТБФС на скорость коррозии стали 65Г следует, что ТБФК в большей степени тормозит скорость коррозии.
Измерение значений pH растворов показало, что бораты натрия обладают буферным действием, и при разбавлении концентрация водородных ионов остается практически неизменной. Наибольшую ингибирующую способность ТБФК можно объяснить более сильным подщелачиванием раствора и его наибольшей буферной емкостью, которая позволяет регулировать, а также поддерживать необходимое значение рН раствора. Ингибирующий эффект ТБФК, по-видимому, связан не только с увеличением концентрации гидроксид-ионов, но и с образованием на поверхности металла более плотной пассивной ферроги-дроксотетраборфосфатной пленки. Вероятнее всего полярные молекулы ТБФС адсорбируются на поверхности корродирующего металла электростатически за счет кулоновских сил.
Результаты коррозионно-усталостных испытаний позволяют утверждать, что ТБФС повышают циклическую прочность стали, снижая действие разрушающих факторов и таким образом увеличивают коэффициент запаса циклической прочности углеродистой стали в агрессивных водных растворах. Такое действие ТБФС можно объяснить его влиянием на кинетику электродных процессов специфических пар Эванса, с работой которых связаны чисто коррозионные и коррозионномеханические разрушения [15; 18].
Из данных таблицы видно, что 3 %-е водные растворы синтетического моющего средства МС-8 с добавкой тетраборфосфатных соединений в количестве 5 кг/м3 обладают высокой степенью очистки и небольшим значением краевого угла смачивания металлической поверхности, что соответствует требованиям практического применения антикоррозионных и консервационных составов. При этом значения степени очистки увеличиваются с повышением температуры раствора от 20 до 80 °С. В интервале температур раствора от 60 до 80 °С происходит уменьшение моющих свойств тетраборфосфатных растворов. Данное явление можно объяснить выделением в раствор молекул коллоидных частиц, что в итоге приводит к уменьшению концентрации компонентов раствора и ухудшению моющего свойства. Наибольшим моющим эффектом обладает 3 %-й водный раствор МС-8 в присутствии ТБФК в количестве 5 кг/м3 при температуре 60 °С и продолжительности мойки 6 минут.
Ограничением исследования является проведение э В