Микробиологическая коррозия стали ст.3 с никелевым покрытием, осажденным из электролита, модифицированного ОрПАВ

В последние три десятилетия однозначно выявлено наличие взаимосвязи между коррозионной активностью природных и технологических сред и процессом жизнедеятельности присутствующих в ней микроорганизмов [1−9]. В результате хозяйственной деятельности человека, сопровождающейся изменением физико-химических характеристик почвы, водной среды и атмосферы, резко активизировалась жизнедеятельность многих видов микроорганизмов, и, как результат этого, интенсифицировалось биокоррозионное разрушение металлов, которое наносит заметный ущерб авиации, системам водоснабжения, во-доохлаждения, оборота и канализации стоков, средствам связи, речному и морскому флоту, но главным образом, трубопроводному транспорту, нефте-и газодобывающей промышленности [10−15]. Согласно экспертной оценке около 80% коррозионных разрушений нефтепромыслового оборудования и более 50% повреждений подземных металлоконструкций обусловлено жизнедеятельностью микроорганизмов [16]. В связи с этим появляется все больше публикаций, в которых рассматриваются механизм биологической коррозии и способы борьбы с ней. В работах последних лет, посвященных биокоррозии, авторы основную часть исследований посвящают лишь оценке массовых потерь, скорости и механизму коррозии. При этом редко принимается во внимание процесс абсорбции водорода корродируемым металлом, который ведет к, так называемому, водородному охрупчиванию, и, как следствие, ухудшению физико-механических характеристик и внезапному разрушению металла.

Одним из самых эффективных методов предотвращения коррозионного разрушения металлов является нанесение защитных гальванопокрытий [1]. Несмотря на некоторые недостатки, гальваностегия нашла большое распространение, поскольку позволяет нанести защитное покрытие на изделия любой, даже самой сложной конструкции. Немаловажным фактом является также то, что большинство металлов, используемых в практике гальваностегии, оказывают губительное (биоцидное) воздействие на многие виды микроорганизмов и тормозят развитие микрофлоры на их поверхности [17]. Одним из таких металлов является никель. Широкая распространенность никелевых покрытий в настоящее время объясняется их высокими декоративными качествами и склонностью никеля к пассивации. Однако по отношению к стали никель является катодом, поэтому возникает необходимость получения как можно более качественных покрытий (уменьшение пористости, внутренних напряжений и т. д.), для достижения высокого защитного эффекта в случае электрохимической коррозии (каковой, в частности, обычно и является биокоррозия). Для улучшения качества покрытия используют органические соединения, которые вводят в электролит.

Введение

органических добавок в электролит для осаждения покрытия позволяет не только повысить его защитные и декоративные качества, но и снизить количество водорода, абсорбируемого металлом подложки и металлом покрытия в процессе электролиза. Несмотря на достоинства и широкую распространенность использования никелевого гальванопокрытия, до сих пор отсутствуют обобщенные методические разработки по оценке его стойкости в отношении биокоррозии.

Как единственный эффективный метод борьбы с биокоррозией рассматривается и предлагается многими авторами введение непосредственно в коррозионную среду веществ, действие которых направлено на подавление или полное прекращение жизнедеятельности микроорганизмов [18−20]. При этом в качестве таких веществ чаще всего используются органические соединения, которые, проникая в клетки, включаются в одну из реакций в цепи метаболизма, блокируя (биоциды), или замедляя (биостаты) его. Однако подбор таких соединений является задачей весьма сложной, поскольку они, в большинстве своем, оказывают избирательное действие на микроорганизмы. Помимо этого, применение данного метода не всегда возможно, т.к. в реальных условиях это потребует расхода достаточно большого количества биоцидов. В связи с выше сказанным в настоящее время теоретическая разработка и практическая значимость применения никелевого покрытия, как способа защиты стали от биологической коррозии, значительно возросла.

Диссертационная работа направлена на изучение возможности повышения коррозионной стойкости низкоуглеродистой стали за счет использования наиболее эффективных и экономичных методов ее защиты.

Целью настоящей работы является: — исследование влияния органических добавок на процесс электроосаждения никеля и абсорбцию водорода металлом основы и металлом покрытия при никелировании;

— изучение коррозионного воздействия сульфатредуцирующих бактерий (СРБ) и четырех видов дейтеромицетов на сталь класса Ст. З с никелевым покрытием, осаждение которого производили из электролита с органическими добавками;

— исследование органических добавок, как ингибиторов наводороживания стали, а также никелевого покрытия в процессе микробиологической коррозии;

— оценка биоцидной и биостатической активности органических добавок в отношении рассматриваемых микроорганизмов.

Научная новизна диссертационной работы:

— впервые установлено, что используемые органические добавки класса сульфамидов и нитрофуранов могут выступать не только в роли ингибиторов наводороживания стальной основы и электроосадка никеля при его электроосаждении, но и ингибиторами микробиологической коррозии и наводороживания металла в ее процессе;

— установлено, что молекулы органических добавок, застраиваясь в никелевое покрытие, переходят в коррозионную среду и, включаясь в метаболическую цепь превращений микроорганизмов, тормозят их жизнедеятельность, при этом являясь ингибиторами биокоррозии.

— показана эффективность использования никелевого покрытия, как метода защиты стали в условиях микологической коррозии;

— обоснована необходимость при выборе органических добавок в электролит для осаждения покрытия, эксплуатируемого в дальнейшем в биологически активных средах, учитывать их биоцидную и биостатическую способность.

Научные результаты, полученные с помощью традиционных и разработанных в рамках настоящей диссертации методов исследования процесса электроосаждения никеля и биокоррозионного разрушения никелированных стальных образцов, позволили:

— показать целесообразность использования органических веществ класса сульфамидов и нитрофуранов в качестве добавок в сульфатный электролит никелирования, которые позволяют при электроосаждении и уменьшить наводороживание стали и получить в результате покрытия с улучшенными защитными и декоративными;

— разработать общие методические положения по оценке коррозионной стойкости и наводороживания никелированной, в присутствии органических соединений, стали марки Ст. З в жидких средах в присутствии микроорганизмов;

— показать целесообразность использования никелевого покрытия, осажденного в присутствии сульфамидов и нитрофуранов, как метода эффективной защиты стали в условиях СРБ инициированной и мицелиальной коррозии, который является более дешевым и простым в сравнении с методом введения ингибиторов коррозии непосредственно в коррозионную среду.

Автор защищает:

— комплекс методов по защите низкоуглеродистой стали от наводороживания в процессе электроосаждения защитного покрытия и в ходе микробиологической коррозии;

— разработанные на основе исследований общие методологические принципы оценки коррозионной стойкости стали с никелевым покрытием в биологически-активных средах (определение агрессивности микроорганизмов по отношению к никелю, сравнительная оценка коррозионно-электрохимического поведения никелевых покрытий, осажденных из электролитов с разными органическими добавками и др.).

КРАТКИЕ ВЫВОДЫ.

1. Все исследованные в работе микроорганизмы являются инициаторами коррозии стали Ст. З и абсорбции водорода. Основываясь на полученных данных, их можно расположить в ряд по возрастанию коррозионной агрессивности и способности инициировать абсорбцию водорода: СРБ > Aspergillus niger> Penicillum chrysogenium > Penicillum charlessii > Phialofora fastigiata.

2. Коррозионная стойкость стали Ст. З в условиях СРБ-инициированной и мицелиальной коррозии значительно увеличивается при электрохимическом нанесении на нее защитного никелевого покрытия.

3.

Введение

в электролит никелирования исследованных ОС класса сульфамидов и нитрофуранов позволяет в той или иной степени повысить качество никелевых осадков, и, как следствие, их коррозионную стойкость.

4. Использование ОС в качестве добавок к электролиту никелирования позволяет существенно повысить выход по току никеля и снизить количество водорода, абсорбируемого металлом стальной основы и покрытия в процессе электроосаждения покрытия и в ходе его последующей микробиологической коррозии.

5. Застраиваясь в никелевое покрытие, молекулы ОС при разрушении кристаллической решетки электроосадка в процессе коррозии образцов переходят в среду и подавляют жизнедеятельность исследованных микроорганизмов. Причем в случае СРБ более существенным оказывается воздействие ОС ряда сульфаниламидов, тогда как в отношении дейтеромицетов наиболее эффективным оказалось использование ОС ряда нитрофуранов.

6. Присутствие молекул ОС в никелевом покрытии, экспонируемых в коррозионных средах образцов стали, оказывает значительное влияние на ход коррозионного процесса, изменяя окислительно-восстановительный потенциал и рН среды, электродный потенциал образцов и концентрацию кислот, как основных продуктов жизнедеятельности рассматриваемых в работе микроорганизмов.

Установлена зависимость эффективности ингибирующего микробиологическую коррозию и абсорбцию катодно выделяющегося водорода в процессах формирования осадка на катоде и его корозионного разрушения от структуры молекул исследованных ОС.

В случае СРБ инициированной коррозии целесообразно применение в качестве добавок к электролиту никелирования бензолсульфамида, этазола и сульфазолав случае мицелиальной коррозии — фурагина и фурадонина.