SE460795B - Korrosionsinhibitor samt foerfarande foer inhibering av korrosion - Google Patents

Description

"emmmmmemmemmammeeamai““'”~ f 460795 n 2' metallsalter. Sålunda har det tidigare beskrivits ett vidsträckt område av organiska och oorganiska material för korrosionsskydd av metallkomponenterna i värme- och kylsystem. Specifika additiv har utvecklats för 5 skydd av utvalda metaller, såsom järn, koppar, nickel, iöamecaii etc.

SAMMANFATTNING AV ÜPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning avser en förbättrad form J av antikorrosionsadditiv för fluider för användning 10 i sådana system som kylsystem, vilken komposition åstadkommer förbättrat effektivt skydd av alla metall- eller andra komponenter i ett system samtidigt som man undviker användningen av cancerframkallande, poten- tiellt explosiva material eller material som har andra 15 skadliga bieffekter. Kompositionen omfattar ett första additiv, som består av ett lösligt perkloratsalt av alkalimetall eller alkalisk jordartsmetall i lösning i vätskan i en koncentration av minst 100 ppm och som bildar perkloratjoner, samt ett andra additiv 20 som bildar silikatjoner. Kompositionen är avsedd för tillsats till kylvätskan i ett kylsystem med cirkule- rande fluidum. Den kan vidare omfatta en balanserad tillsats av ytterligare föreningar inriktade på speci- fika materialskyddande funktioner. 25 Det är därför ett ändamål med föreliggande uppfin~ ning att åstadkomma ett förbättrat korrosionsinhiberande additiv för kylsystem och liknande.

Det är även ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma ett korrosionsinhiberande additiv som 30 är mer miljömässigt associativt och uppvisar mindre sannolikhet för cancerframkallning.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfin- ning är att åstadkomma en vattenhaltig lösning som åstad- kommer mer effektiv korrosionsinhibering för järn- och 35 stålkylsystemkomponenter såväl som för de förbundna delarna av andra metaller och legeringar, såsom alu- minium, koppar, lödmetall etc.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma iddü ?@š 3 ) Af_en ytbeläggning av cirkulationsystemkomponenter som 10 is 20 25 30 35 förhöjer korrosionsinhiberingen i områden där kavita- .tion av fluidumflode kan finnas närvarande, V W4_Slutligen är det ett ändamål med föreliggande app- -finning att åstadkomma en användarvänlig additivkomposi- 'tion för cirkulationssystemvätskor som fortfarande åstad- « kommer maximalt korrosionsskydd på metallstrukturkompo- nenterna. , _ _ . y , rAndra.ändamål-och fördelar med uppfinningen kommer vatt framgå av följande detaljerade beskrivning.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Föreliggande uppfinning är inriktad på ett korro- sions- och kavitationsinhiberande additiv för användning i samband med kylsystem och liknande för skydd av metall- komponenterna i systemet, särskilt järn- och/eller stål- delarna därav. Additivkompositionen kan användas i vilket som helst av det stora antalet kylande material allt ifrån vatten till olika envärda och flervärda alkohol- basvätskor. I vilket fall som helst tjänar additivkom- positionen i vattenlösning till att åstadkomma en skyd- dande beläggning för inre metallstrukturer i systemet och en fullständig additivkomposition i enlighet med üppfinningen kan göra systemdelarna väsentligen fria ifrån alla korrosionseffekter. A ' A Det första additivet till det kylande materialet är ett alkali- eller alkaliskt jordartsmetallsalt av perklorat. Mest föredraget är natriumperkloratsal- stat, NaClO4.H2O, när det tillsättes till den kylande lösningen i vad som-betraktas som ett vidsträckt kon- 'centrationsomràde från storleksordningen 100 milliondelar (ppm) up? till mycket större andel. Lösningen buffras därefter till ett något_basiskt pH-värde, såsom kommer att beskrivas. I allmänhet kommer därefter tillsatsen av en vattenlösning av natriumperkloratmonohydrat, som tillräckligt bidrar med perkioratjpn“(cioZ>.i.iösn1ng, att åstadkomma ett högeffektivt och säkert korrosions- skydd för järn och/eller stål, koppar och legeringar, 4(;àkv lO 15 :wfs v -4 aluminium etc, i kylsystemet till olika motorer förd V bilar, truckar, bussar etc; och antikorrosionsperklorat- additiv kan även finna användning vid större tillämp« ningar, såsom fartygskylsystem, bostads- och industri- kyltorn och vilket cirkulerande fluidumsystem som helst som använder metallkomponenter i förening därmed. Andra alkali- och alkaliska jordartsmetallperkloratsalter kan på liknande sätt användas, varvid kostnaden är en . primär faktor."- Korrosionsnedbrytning pà ytan av järn- eller stål- systemkomponenter börjar med bildningen av Fe2O3 eller mer vanligt kallat rost. Denna typ av oxidbeläggning visar en antiskyddande karaktär eftersom den kontinuer- ligt bidrar till korrosionsprocessen. Tillsatsen av perkloratjon till den kylande vätskan eller lösningen gör att järn- eller stàlkomponenterna i kontakt därmed bildar en skyddande oxidbeläggninq. Perkloratjonen åstad- , kommer ett blandat oxidationsstadium som bildar en järn- '20 oxidoxidul (FeO§Fe2O3), nedan betecknad Fe3O4, på ytan.

Denna alternativa järnoxid är icke-korrosiv och byggs_ r,i_sjä1va verket upp till bildning av en skyddande belägg- ning när den används i tillräcklig koncentration, t ex » mer än ca 100 milliondelar (ppm). Dessutom indikerar 25 »ao 35 närvaron av perkloratjonen en sådan skyddande funktion och har inga negativa effekter på andra metaller i kyl- systemet, såsom koppar, mässing, lödmetall och liknande, och dessa komponenter kan i själva verket få ett ännu mer positivt skydd av andra lösningsadditiv, såsom kom- mer att beskrivas närmare nedan, á _Man har även funnit att tillsatsen av perkloratjonen vàstadkommer'ett högeffektivt korrosionsskydd i inre passager eller flödesvägar i kylsystem, där kavitations- mönster kan bildas. Sålunda kan områden inom kavitations- bubbelområdena stå utan kontakt med de verkliga anti- korrosiva fluidummaterialen. I och med föreliggande uppfinning ästadkommes emellertid fortfarande skydd 10 15 20 25 30 35 ,.. 9 genom Fe3O4-beläggningen som bildas genom närvaron av perkloratjonen. Medan allvarliga punktangrepp bildas på vissa järn- och stålmaskindelar med användning av tidigare kända fluidumkorrosionsinhibitorer, särskilt längs vibrationsaxlarna, såsom i ett cylinderfoder, bibehåller den perkloratinducerade Fe3O4 ett fullstänfl digt skydd.-V _ gi _ ' AFör att även uppnå makimalt skydd av förbundna aluminiumdelar i kylsystemet innehåller kompositionen ett andra additiv som bildar silikatjoner. Företrädesvis används natriumsilikat i hydratform (N2SiO3.5H2O) inom ett vidsträckt koncentrationsområde. Tillsat- sen av silikatjonen (SiO3* ) i en koncentration av minst 200 milliondelar, t ex 460 milliondelag föror- sakar kemisk reaktion som belägger aluminiumytan för att ge korrosionsskydd från det cirkulerande kylmedlet. lFörutom natriumsilikat kan ett antal därmed förbundna silikatsalter, meta- och ortosilikat och kiselestrar ”tillsättes för att åstadkomma en liknande skyddande ytbeläggning på aluminiumstrukturen.

Ytterligare korrosionsskydd av aluminiumstrukturen kan åstadkommas genom tillsats av ett sådant material som natriumnitrat som aktivt motverkar eventuell tendens till aluminiumpunktangrepp och uppbyggnad av en stoftar- tad beläggning som tenderar att infànga och koagulera korrosionsmaterial som kan förorsaka lokaliserade korro- siva effekter under förlängda tidsperioder. Tillßfits av natriumnitrat eller nitratjon (Nog) i en minimal koncentration av 200 milliondelar, t ex i storleksord- ningen 700 mil1ionde1an_kommer att fungera så att den förhindrar punktangrepp och uppbyggnad av stoft- artad beläggning på aluminium. Emellertid skall man förstå att det är ett vidsträckt koncentrationsområde för nitratjonen som kan användas.

Vattenlösningens pd-värde kan hållas inom ett önskat område genom tillsats av en utvald mängd buffertmaterial, såsom borax (Na2B4O7-SHZO), Sålunda kan en relativt hög buffertkoncentration erfordras för att åstadkomma ingås 10 '15 20' 3 lödmetallskyddande medlet till den önskade koncentra- ftionen åstadkommer bildning av en skyddande film över -lödmetallytan, varigenom denna skyddas för kontakt .med_cirkulerande kylmedel och eventuella korrosiva 30' ss V 7 polyakrylat, kan tillsättas i mindre koncentration av Å ca 25 milliondelar för att förhindra hårdhet och olämp- -(NTA) kan användas i fiörvald effektiv koncentration. 'mässingskorrosionsskydd. Lödmetallförbindelser ¿materialf f å ~ExEMPEL“ A' i av en lösning som enhart inbegriper det första additi- -uppvisar natriumperkloratmonohydrat i vattenlösning i en ßkoncentration av minst 100 milliondelar, med tillsats .. E »av tillräckligt med borax för att buftra pH-värdet till É _ett lätt basiskt värde av ca 9; effektiv och snabb bild- f den önskade justeringen av pH-värdet. Olika andra karboè nat och fosfat kan även användas för detta ändamål på à välkänt sätt. Ett chelatiserande medel, såsom natrium- lig kcagulering av främmande material_i den kylande lösningen. Andra chelatiserande medel, såsom etylen- diamintetraättiksyra (EDTA) eller nitrilotriättiksyra -Det kan även vara önskvärt att åstadkomma ytterliga-A re skydd för koppar- och mässingskomponenter som används 1 kylsystemet. Sålunda kommer tillsatsen till vattenlös- ningen av en kommersiell kvalitet av tolytriazol i en minimal koncentration av 100-400 milliondelar, t ex ca 200 milliondelar, att ge ett sådant koppar- och och svetsar kan skyddas genom tillsatser av ett sådant material som 2-merkaptobensotiasol, i en koncentration av 100-1000 milliondelar, eller något av det stora antalet alkalimetallsalter därav. Tillsatsen av det Primär testning har genomförts på järn-, stål-, aluminium-Å mässings- och kopparföremål i närvaro vet enligt uppfinningen, dvs ett perkloratsalt. Sålunda ning av Fe3O4-filmen på järn- och stålföremålen, varige- nom ett korrosionsskydd åstadkommas. Inga Skädligä GffGk~ ter noterades på mässings- och kopparföremâlen, medan aluminiumföremàlet visade.ett lätt punktangrepp.

Aluminiumkorrosion bekämpas effektivt med tillsats 10 15 20 25 30 I av-även det andra additivet enligt uppfinningen, dvs een vego 7_ ett si1ikat}Ü Ytterligare additiv, såsom nitrat, kan även till- sättas för att förbättra skyddet mot aluminiumkorrosion.

Exemgel B (ej enligt uppfinningen) V Basiskt korrosionsskydd av nyckelsystemkomponenter ástadkoms genom tillblandning av en vattenhaltig kyl- medelslösning, som inbegrep'perklorat och nitrat. Sålun- gda bidrar natriumperkloratmonohydrat med C10;-jon_i proportionen ca 450 milliondelar, varvid natriumnitrat tiiiförae No;-närvara till ca voo miiiionaeiar, för att därigenom inhibera korrosion av järn, stål, alu- minium och lödmetall på ett högeffektivt sätt, såsom noterades vid testningen. Minimal korrosionsförlust noterades för mässing och koppar. Testning av det ovan- stående lågkorrosiva kylmedlet genomfördes i enlighet med de erforderliga förfarandena i “Corrosion Test For Engine Coolants in Glassware" såsom anges på sid 215-223 É i i ASTM American Natiünal Standards - 1982, ANSI/ASTM g Dl384 (àtergodkänd 1975). Viktförlusten beroende på .¿korrosion var minimal, vilket visade utmärkt skydd för . de komponentstrukturella metallföremålen.

Exemegel C En vattenlösning enbart innehållande det första additivet enligt uppfinningen i form av natriumperklorat- monohydrat och ett föredraget ytterligare additiv i form av natriumnitrat, t ex Cloä vid 450 milliondelar och N03 vid 720 milliondelar, testades i enlighet med stan- dardmetoderna för “Simulated Service Corrosion Testing of Engine Coolants“ såsom anges på sid 357-365 i ASTM \~ American National Standards - 1982, ASTM D-2570-73.

Detta test, som simulerar motorbetingelser och genomför- des vid en temperatur av 88°C¿ uppvisar även i hög ut- sträckning perkloratadditivets effektivitet som en korro- sionsinhibitor i kylsystem, särskilt med kylmedel vid högre temperatur. Viktkontrollräkning av metallföremå- len efter S32 h kontinuerlig testning visar ytterst god korrosionsinhibering med ingen viktförlust för stål och förluster i storleksordningen 0,0005%-0,00l% för 46o 795 g 10 15 20 25 30 35 s 8 koppar, mässing och gjutjärn; Förlusterna för aluminium och lödmetall är även försumbara och inom acceptabla gränser. För att ytterligare skydda dessa metaller tillsättes även det andra additivet enligt uppfinningen, dvs ett additiv som bildar silikatjoner. Även om ovanstående angivande av additivkoncentraf tioner anges relativt exakt, såsom var fallet i de speci- ficerade testen, skall man förstå att de aktiva additiv- koncentrationerna kan variera inom ett vidsträckt område medan man fortfarande uppnår effektiv antikorrosionsväxel- verkan. Sålunda kan vilket som helst av perkloratet, silikatet, nitratet, boratet och andra additiv varieras inom vidsträckta gränser beträffande torrvikten då de utgör den utvalda additivkompositionen.

Exempel D En fullständig form av korrosionsinhiberande lös- ning, som har visats fungera mycket fördelaktigt, kan bildas med en specificerad sammansättning enligt föl- jande: natriumperkloratmonohydrat 0,635 g per liter natriumsilikat 1,300 g per liter natriumnitrat 1,000 g per liter natriumborat (borax) 4,5 9 per liter natriumpolyakrylat 0,025 g per liter tolytriazol 0,200 g per liter 2~merkaptobensotiazol 0,500 g per liter Totalt 8,l60 9 per liter Ovanstående komposition åstadkommer ett fullständigt korrosionsinhiberande additiv för skydd av järn, stål, aluminium, koppar, mässing och lödmetall, medan det samtidigt åstadkommer buffring och chelatinerande juste~ ring av lösningen. Medan det primära perkloratadditivet fungerar genom att skydda metallkomponenterna, särskilt järn och stål, fungerar sålunda de återstående additiven selektivt gånom att fullfölja den fullständiga korro- sionsskyddande processen. Det slutliga valet av bestånds- delar i en kyllösning kan dikteras av närvaron eller 10 15 20 25 30 iso 79s 94 uteslutningen av vissa metalliska material inom kylsy- stemet och i kontakt med lösningen och en sådan justering kan varieras i enlighet med kraven på varje särskild _kylanvändning. Additivet kan framställas torrt för till- sats till vatten eller andra standardkylmaterial eller kan flytande kyllösning framställas halt och hållet.

Ett annat sätt att införa perkloratjonen i kyllös- ningen är genom användning av en bärare, såsom ett anjon- lbytarharts. T ex kan ett sådant jonbytarharts som A101-D eller A102-D, kommersiellt tillgängliga från Diamond Shamrock Co, bearbetas så att det uppbär perkloratjoner :nr ertarral1aaaa_aagiwaaae airert in i ryifiialaat_ I detta fallet kan källan vara perklorsyra som passe- rat genom en kolonn av jonbytarhartset och det satsade hartset kan därefter tvättas med starkt basisk lösning, såsom Na0H, KOH, in i kylfluidet vid önskad koncentra- tion. Återigen skall kylmedlet buffras för att justera pH-värdet till lätt basiskt.

Det kan även vara önskvärt vid vissa kylnings- eller cirkulationsfluidumtillämpningar att åstadkomma hârdhetskontroll pà fluidet. I detta fallet kan ett kommersiellt tillgängligt katjonbytarharts, t ax R-l90 "IONAC" från Sybron Corp i Birmingham, N.J., tillsättas till lösningen för att hjälpa till att avlägsna kalcium, magnesiumletc. Ändringar kan göras i materialens sammansättning och koncentration såsom har angivits i beskrivningen; man skall förstå att ändringar kan göras i de specifika exemplen som beskrivs utan att man avviker från uppfin- ningens anda och omfång, sådan den definieras i de bi- fogade patentkraven. vaga. -

Claims (2)

1. 4eo vas ¿ ~ 10 15 20 25 30 1 oi PIATENfrKRAV 1. Korrosionsinhibitor för tillsättning till 7 kylvätskan i ett kylsystem med cirkulerande fluidum, k ä n n e t e c k n a d av att den omfattar ett första additiv, som består av ett lösligt perkloratsalt av § alkalimetall eller alkalisk jordartsmetall i lösning T i vätskan i en koncentration av minst l00 ppm och som bildar perkloratjoner, samt ett andra additiv som bildar silikatjoner.

2. Korrosionsinhibitor enligt krav 1,! k ä n n e - l t e c k n a d av att koncentrationen för det lösliga perkloratsaltet är mellan 100 och 1000 ppm. E 3. Korrosionsinhibitor enligt krav l eller 2, 1 k ä n n e t e c k n a d av att det första additivet g är natriumperkloratmonohydrat i en koncentration av 3 I l minst 100 ppm. 4. Korrosionsinhibitor enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att den vidare inbegri- per ett tredje additiv, som ger nitratjoner i lösning, i en koncentration av minst 100 ppm. 5. Korrosionsinhibitor enligt krav 4, k ä n n e - t e c k n a d av att det tredje additivet är natrium- nitrat. 0- Kerresidmsinmibiter enligt någon av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a d av att det andra additivet ger silikatjoner i lösning i en koncentra- tion av minst 200 ppm. 7. Korrosionsinnibitor enligt något av de före- gående kraven, ik ä n n e t e c k n a d av att det andra additivet utgörs av natriumsilikat. 8. Korrosionsinhibitor enligt något av de före- att den gående kraven, k ä n n e t e c k n a d av vidare inbegriper minst ett chelatiserande tillsats- ämne. -fiçm _ 9. Korrosionsinnibitor enligt något av de före- 10 15 20 25 30 35 , -ww/w *fram .I “WB ll k ä n n e t e c k n a d gående kraven, av att den vidare inbegriper ett buffrande medel som justerar pH-värdet i additivlösningen till ett något basiskt värde. 10. Korrosionsinhibitor enligt något av de före- av att den gående kraven, k ä n n e t e c k n a d vidare inbegriper ett tolytriazoladditiv i en koncent- ration av 100-400 ppm. ll. Korrosionsinhibitor enligt något av de före- av att den gående kraven, k ä n n e t e c k n a d vidare inbegriper ett bensotriazoltillsatsämne i en koncentration av 100-400 ppm. 12. Korrosionsinhibitor enligt något av de före- av att den gående kraven, k ä n n e t e c k n a d vidare inbegriper ett 2-merkaptobensotiazoladditiv i en koncentration av 100-lO0O ppm. 13. Korrosionsinhibitor enligt något av de före- gående kraven, k ä n n e t e c k n a d av att den vidare inbegriper ett katjonbytnrnarts i den koncentra- tion som krävs för kontroll av lösningwns nardhnt. 14. Korrosionsinhibltor enligt krav l, k Ä n - n e t e c k n a d av att den är löst i en vattenhaltig kylvätska, varvid vätskan innehåller 0,10-5 g perklorat- jonbildande perkloratsalt och 0,5-5 g alkalisilikat- salt per liter vatten. 15. Korrosionsinhibitor enligt krav 14, av att vätskan vidare inbegriper k ä n - n e t e c k n a d 0,5-10 g av ett nitratsalt av alkalimetall eller alkalisk jordartsmetall per liter vatten. 16. Förfarande för inhibering av korrosion av metallkomponenter, särskilt av järn och/eller stål, som kommer i kontakt med kylvätskan i ett kylsystem med cirkulerande kylfluidum, k ä n n e t e c k n a t av att man tillsätter perkloratjoner i lösning till kylvätskan i en koncentration av minst l0O ppm och silikatjoner i lösning till kylvätskan i en koncentra- rinn av minst 200 ppm. 10 15 20 12 17. Förfarande enligt krav l6, k ä-n n e t e c k - n a t av att man tillsätter perkloratjoner i lösning till kylvätskan i en koncentration av l00~l00O ppm och silikatjoner i lösning i kylvätskan i en koncentra~ tion av 300-600 ppm. 18. Förfarande enligt krav l7, k ä n n e t e c k - n a t av att man vidare tillsätter i lösning i kyl- vätskan nitratjoner i en koncentration av 200-2000 ppm. 19. Förfarande enligt krav 16, k ä n n e t e c k - n a t av att man tillsätter perkloratjonen i form av perkloratsaltet av en alkalimetall eller en alkalisk jordartsmetall. 20. Förfarande enligt krav 16, k ä n n e t e C k - n a t av att man tillsätter perkloratjonen i form av ett anjonbytarharts som uppbär perkloratjonerna. 21. Förfarande enligt krav 20, k ä n n e the C k ~ n a t av att man tillsätter anjonbytarhartset i form av en vattenlösning, varvid mängden perkloratjoner som erhålles från anjonbytarhartset uppgår till 0,10-10 g och lösningen innehåller 0,5-5 g alkalisilikatsalt per liter vatten. .,._.,._@-_,....,-..._...,..,,-,~,_.»,..._-.._., _ ._.. ., _, ,