Пухова Д.А., Шуклин С.Г.
АТОМНО-СИЛОВАЯ МИКРОСКОПИЯ В ИССЛЕДОВАНИЯХ ВЛИЯНИЯ ИНГИБИТОРНОЙ И ПОЛИМЕРНОЙ ЗАЩИТЫ НА КОРРОЗИЮ МЕТАЛЛА В НЕФТЯНЫХ СРЕДАХ *
Аннотация:
методом атомно-силовой микроскопии исследованы влияние концентрации ингибиторов и наличие полимерной защиты на коррозию металлов в нефтяных средах. С помощью программного обеспечения IA-P9 были получены статистические параметры шероховатости и перепада высот по 10 точкам. Сочетание эпоксидной смолы и графита, нанесенное на поверхность металла, эффективнее всего снизило воздействие агрессивной среды на поверхность.
Ключевые слова:
атомно-силовая микроскопия, ингибитор коррозии, полимерная защита, шероховатость поверхности
Для трубопроводов, используемых на скважинах, характерны нарушения требований по антикоррозийной защите и отсутствие достаточного контроля ее эффективности. Это является одной из причин аварий, которые могут произойти на подземном оборудовании [1]. В связи с чем защита трубопроводов от коррозии стала актуальной проблемой, требующей применения новых методов и подходов для ее решения. Для исследования были изготовлены образцы из стали марки Ст 3 размерами 5х5 см. Каждая испытуемая среда изготавливалась в объеме 30 мл в пропорциях, представленных в таблице 1. Образцы №№ 3-9 погружались в испытуемую среду на 30 суток, образцы №№ 10-14 ? на 15 суток.Таблица 1. Состав испытуемых сред. КомпонентыСостав среды, мас. %34567891011121314Нефть100-7550-----75-50Серная кислота-100----755050-75-Ингибитор СОНКОР-9920А--2550--255050---Ингибитор СОНКОР-9701252550Дистиллированная вода----7550------Гидроксид натрия----2550------Эпоксидная смола ЭД-20-------++---Графит--------+---Для исследования полученных результатов образцов использовался метод атомно-силовой микроскопии. Образцы помещались на металлический держатель, для каждого образца была случайным образом выбрана и просканирована область поверхности пленки размером 5х5 мкм2. С помощью программного обеспечения IA-P9 были получены статистические параметры шероховатости (Sa) и перепада высот по 10 точкам (Sz) [2].Таблица 2. Средние значения шероховатости (Sa), перепада высот по 10 точкам (Sz) для образцовОбразецSa, нмSz, нм3137,717751,6044188,1851037,4185151,610725,587662,265747,182763,209353,243878,758474,5909277,4451417,5491070,591275,1441160,123276,0661251,313343,73213274,6431391,6561451,214317,960По результатам АСМ исследований участков поверхностей образцов №№ 3-14 были отмечены следующие характерные особенности (рис. 1)//а) образец № 3 б) образец № 4//в) образец № 5 г) образец № 6//д) образец № 7 е) образец № 8//ж) образец № 9 з) образец № 10//и) образец № 11 к) образец № 12//л) образец № 13 м) образец № 14Рис. 1. АСМ-изображения участков поверхностей образцов.Поверхность образца № 3 (рис. 1 а), погруженного в нефть, имеет выступы среднего размера, выступы неравномерно распределены по поверхности. Поверхность шероховатая, имеет многочисленные трещины. Для сравнения, поверхность образца № 4 (рис. 1 б), погруженного в серную кислоту, имеет выступы большего размера и в большем количестве, распределенные по всей поверхности. Имеются сильный перепад высот и шероховатость. При добавлении ингибитора «СОНКОР-9920А» (25 % мас.) в нефть ситуация несколько изменилась (рис. 1 в). Шероховатость снизилась в 1,2 раза. А при добавлении того же ингибитора (50 % мас.) (рис. 1 г) шероховатость снизилась более чем в 2 раза. Поверхность стала более ровной, выступы имеют меньший диаметр. В сравнение, с ингибитором «СОНКОР-9701» за 15 суток поверхности имеют большую шероховатость с относительно низким перепадом высот. В щелочной среде испытания показали, что чем выше концентрация щелочи, тем больше шероховатость. Щелочь менее агрессивна, в результате чего поверхность более ровная и имеет выступы меньшего диаметра (рис. 1 д, е). Поверхности, погруженные в кислую ингибированную среду, проявили себя примерно одинаково: они имеют выступы большого диаметра, характерно наслоение выступов (рис. 1 ж, л). При добавлении к ингибированной среде полимерной защиты ситуация меняется. Поверхность образца, покрытого эпоксидной смолой, имеет в сравнении с вышеописанными образцами небольшие выступы и впадины (рис. 1 з). А при сочетании эпоксидной смолы и графита удалось достичь наилучшего результата. В сравнении со всеми образцами поверхность получилась ровная, гладкая, имеющая неровности маленькие по длине и ширине (рис. 1 и). Шероховатость такой поверхности на 10 нм ниже шероховатости поверхности без добавления графита и на 100 нм ниже шероховатости образца в ингибированной среде.На основании приведенного анализа были сделаны следующие выводы: углеродистые стали характеризуются высокой способностью вступать в химические реакции с кислородом, что делает их подверженными интенсивному процессу коррозионного разрушения. Гладкая текстура поверхности предотвращает накопление агрессивных материалов, которые способны вызывать коррозию металла. В то же время, более шероховатая поверхность может задерживать влагу и загрязнения, создавая благоприятные условия для возникновения и развития коррозионного процесса. По мере роста микронеровностей поверхности, увеличивается площадь контакта металла с окружающей агрессивной средой, что приводит к повышению вероятности взаимодействия металла с коррозионно-активными элементами окружающей среды. На основании проведенного анализа следует вывод, что сочетание эпоксидной смолы и графита эффективнее всего снизило воздействие агрессивной среды на поверхность. Была получена гладка, ровная поверхность, с минимальным количеством неровностей и выступов.
Номер журнала Вестник науки №12 (69) том 1
Ссылка для цитирования:
Пухова Д.А., Шуклин С.Г. АТОМНО-СИЛОВАЯ МИКРОСКОПИЯ В ИССЛЕДОВАНИЯХ ВЛИЯНИЯ ИНГИБИТОРНОЙ И ПОЛИМЕРНОЙ ЗАЩИТЫ НА КОРРОЗИЮ МЕТАЛЛА В НЕФТЯНЫХ СРЕДАХ // Вестник науки №12 (69) том 1. С. 877 - 883. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/11315 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+