Эффективность и механизм действия цинкового комплекса нитрило-трис-метиленфосфоновой кислоты как ингибитора коррозии низкоуглеродистой стали в нейтральных бромид- и иодидсодержащих водных средах

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Потенциодинамическим методом исследовано влияние цинкового комплекса нитрило-трис-метиленфосфоновой кислоты Na4[Zn{N(CH2PO3)3}]·13H2O на коррозионно-электрохимическое поведение низкоуглеродистой стали в нейтральных водных средах в присутствии ионов Br– и I–. Состав и структура пассивных пленок, сформированных при различных потенциалах и составе среды, изучены методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии с послойным травлением. В среде боратно-борнокислого буферного раствора (pH 7.4) при концентрации ионов Br– и I– 1.4 ммоль/дм3 оптимальная концентрация ингибитора составляет 0.2–2.0 г/дм3. Br–-ионы проявляют большую коррозионную активность по сравнению с I–-ионами, вызывают неравномерную коррозию. I–-ионы преимущественно адсорбируются на неокисленном железе и практически не разрушают оксидно-гидроксидную часть пленки. В присутствии ингибитора Na4[Zn{N(CH2PO3)3}]·13H2O на поверхности стали формируются защитные пленки, содержащие помимо оксидов и гидроксидов железа гетерометаллический полиядерный комплекс [Fe1/2Zn1/2(H2O)3μ-H4{N(CH2PO3)3}]n. Степень конверсии ингибитора в данный комплекс в I–-содержащих средах выше, чем в Br–-содержащих.

Full Text

Restricted Access

About the authors

И. С. Казанцева

Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН

Email: chaus@udman.ru
Russian Federation, Ижевск

Ф. Ф. Чаусов

Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН

Author for correspondence.
Email: chaus@udman.ru
Russian Federation, Ижевск

В. Л. Воробьёв

Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН

Email: chaus@udman.ru
Russian Federation, Ижевск

Н. В. Ломова

Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН

Email: chaus@udman.ru
Russian Federation, Ижевск

Н. Ю. Исупов

Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН

Email: chaus@udman.ru
Russian Federation, Ижевск

References

  1. Kappes M.A. // Corros. Rev. 2019. V. 38. № 1. P. 1.
  2. Кодолов В.И. Замедлители горения полимерных материалов. М.: Химия, 1980. 274 с.
  3. Itzhak D., Elias O. // Corrosion. 1994. V. 50. P. 131.
  4. Comprehensive Handbook of Iodine: Nutritional, Biochemical, Pathological and Therapeutic Aspects / By ed. Preedy V.R., Burrow G.N., Watson R. Academic Press, 2009. 1334 p.
  5. Петрашень В.И. Объемный анализ. М.: Госхимиздат, 1946. 292 с.
  6. Колотыркин Я.М., Головина Г.В., Флорианович Г.М. // Докл. АН СССР. 1963. Т. 148. № 5. С. 1106.
  7. Heusler K.E., Landolt D., Trasatti S. // Pure and Appl. Chem. 1989. V. 61. № 1. P. 19.
  8. Strehblow H.-H., Titze B. // Corros. Sci. 1977. V. 17. P. 461.
  9. Tousek J. // Corros. Sci. 1975. V. 15. P. 147.
  10. De Castro M.A.C., Wilde B.E. // Corros. Sci. 1979. V. 19. № 11. P. 923.
  11. Janik-Czachor M. // J. Electrochem. Soc. 1981. V. 128. № 12. P. 513C.
  12. Ogura K., Ohama T. // Corrosion. 1981. V. 37. P. 569.
  13. Khalil W., Haupt S., Strehblow H.-H. // Mater. Corros. 1985. V. 36. № 1. P. 16.
  14. Vásquez Moll V.D., Acosta C.A., Salvarezza R.C. et al. // Corros. Sci. 1985. V. 25. P. 239.
  15. Szklarska-Smialowska Z. Pitting and crevice corrosion. Houston, TX: NACE International, 2005. 88 p.
  16. Tzaneva B.R., Fachikov L.B., Raicheff R.G. // Corros. Eng. Sci. Technol. 2006. V. 41. P. 62.
  17. Pahlavan S., Moazen S., Taji I. et al. // Corros. Sci. 2016. V. 112. P. 233.
  18. Salih S.M., Shakir I.K., Al-Sammarraie A.M.A. // Mater. Sci. Appl. 2017. V. 8. № 12. P. 889.
  19. Soltis J. // Review. Cor. Sci. 2015. V. 90. P. 5.
  20. Trompette J.L. // Corros. Sci. 2014. V. 82. P. 108.
  21. Parr R.G., Pearson R.G. // J. Am. Chem. Soc. 1983. V. 105. P. 7512.
  22. Guo L., Ou Y., Shen X. et al. // J. Electrochem. Sci. 2017. V. 12. P. 7064.
  23. Liang D.D., Wei X.S., Wang Y. et al. // J. Alloys Compd. 2018. V. 766. P. 964.
  24. Колотыркин Я.М. Металл и коррозия. М.: Металлургия, 1985. 88 с.
  25. Hoar T.P., Jacob W.R. // Nature. 1967. V. 216. P. 1299.
  26. Strehblow H.-H. Corrosion mechanisms in theory and practice (ed. P. Marcus and J. Oudar). NY: Marcel Decker, 1995. 201 p.
  27. Макдональд Д.Д. // Электрохимия. 2012. Т. 48. № 3. С. 259.
  28. Ghanbari E., Saatchi A., Kovalov D. et al. // Conference: CORROSION 2018. At: Phoenix Convention Center. Phoenix, AZ, USA. Paper № 11025.
  29. Jesionek M., Szklarska-Smialowska Z. // Corros. Sci. 1983. V. 23. P. 183.
  30. Abd El Rehim S.S., Abd El Wahaab S.M., Abdel Maguid E.A. // Mater. Corros. 1986. V. 37. P. 550.
  31. Pearson R.G. // J. Am. Chem. Soc. 1985. V. 107. P. 6801.
  32. Кузнецов Ю.И. // Успехи химии. 2004. Т. 73. С. 79.
  33. Wang G., Qafoku N.P., Szecsody J.E. et al. // ACS Earth and Space Chem. 2019. V. 3. № 11. P. 2415.
  34. Mor E., Scotto V., Wrubl C. // Br. Corros. J. V. 7. № 6. P. 276.
  35. Oguzie E.E., Li Y., Wang F.H. // J. Colloid Interface Sci. 2007. V. 310. № 1. P. 90.
  36. Obot I.B. // Port. Electrochimica Acta. 2009. V. 27. № 5. P. 539.
  37. Mansri A., Bouras B., Tennouga L. et al. // Der Pharma Chem. 2012. V. 4. № 5. P. 1803.
  38. Adam M.R., Rahim A.A., Shah A.M. // Ann. For. Sci. 2015. V. 72. № 1. P. 9.
  39. Sangeetha Y., Meenakshi S., Sundaram C.S. // Adv. Mater. Lett. 2016. V. 7. № 7. P. 587.
  40. Liu H., Yang Y.-J., Wang L. et al. // Int. J. Electrochem. Sci. 2018. V. 13. P. 10718.
  41. Ojo F.K; Adejoro I.A; Akpomie K.G. et al. // J. Appl. Sci. Environ. Manage. 2018. V. 22. № 5. P. 775.
  42. Zhou L., Cheng W., Wang D. et al. // J. Electrochem. Sci. Technol. 2022. V. 13. № 1. P. 138.
  43. Singh P., Chauhan D.S., Chauhan S.S. et al. // Chemistry Select. 2021. V. 6. P. 11417.
  44. Kazantseva I.S., Chausov F.F., Lomova N.V. et al. // Mater. Today Commun. 2022. V. 32. Article number 104022.
  45. Сомов Н.В., Чаусов Ф.Ф. // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 1. С. 71. [Somov N.V., Chausov F.F. // Crystallogr. Rep. 2014. V. 59. P. 66.]
  46. Chausov F.F., Kazantseva I.S., Reshetnikov S.M. et al. // Chemistry Select. 2020. V. 5. P. 13711.
  47. Chausov F.F., Lomova N.V., Dobysheva L.V. et al. // J. Solid State Chem. 2020. V. 286. Article number 121324.
  48. Holmes W. // Anat. Rec. 1943. V. 86. P. 157.
  49. Trapeznikov V.A., Shabanova I.N., Kholzakov A.V. et al. // J. of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 2004. 2004. V. 137–140. P. 383.
  50. Shirley D.A. // Phys. Rev. 1972. V. 5. P. 4709.
  51. Wojdyr M. // J. Appl. Crystallogr. 2010. V. 43. P. 1126.
  52. Xu L., Wu P., Zhu X. et al. // Corros. Sci. 2022. V. 207. Article number 110563.
  53. Pourbaix M. Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions. Houston: National Association of Corrosion Engineers, 1974. 644 p.
  54. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1965. 390 с.
  55. Laurence G.S., Ellis K.J. // J. Chem. Soc. Dalton. 1972. V. 20. P. 2229.
  56. Lemire R.J., Palmer D.A., Taylor P., Schlenz H. Chemical Thermodynamics of Iron. Part 2. Boulogne-Billancourt: OECD NEA, 2020. 921 p.
  57. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Л.: Химия, 1977. 376 c.
  58. Pohl S., Opitz U., Saak W. et al. // Z. Аnorg. Аllg. Chem. 1993. Bd. 619. S. 608.
  59. Arbman M., Holmberg S., Lundholm M. et al. // J. Chem. Phys. 1983. V. 81. P. 113.
  60. Bonomo M., Dini D., Marrani A.G. // Langmuir. 2016. V. 32. P. 11540.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Anodic polarisation curves of St3kp steel samples in BBR (pH 7.4) with additions of different concentrations of Br- (a) and I- (b) ions; figures on the curves denote the concentration of halide ion in g/dm3. Dependence of the current density of anodic dissolution of metal i, A/m2, on the sample potential E, V. The insets show sections of polarisation curves in the vicinity of the open circuit potential Eoc in the logarithmic scale of the current density; dependences of the critical current density of anodic dissolution of metal ic (1), passivation initiation potential Epp (2) and transpassivity potential Etp (3) on the logarithm of the halide-ion concentration lg[X-], where X = Br, I.

Download (375KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Anodic polarisation curves of St3kp steel samples in BBR (pH 7.4) with additions of 1.4 mmol/dm3 of Br- (a) and I- (b) ions and different amounts of ZnNTP inhibitor; the figures on the curves indicate the concentration of ZnNTP inhibitor in g/dm3. Dependence of the current density of anodic dissolution of metal i, A/m2, on the sample potential E, V. The insets show sections of polarisation curves in the vicinity of the open circuit potential Eoc in the logarithmic scale of the current density; dependences of the critical current density of anodic dissolution of metal ic (1), passivation onset potential Epp (2), and transpassivity potential Etp (3) on the logarithm of the ZnNTP concentration lg[Cing].

Download (368KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. RFE spectra of Fe2p3/2-electron passive films formed on St3kp steel samples in BBR (pH 7.4), with additions of 1.4 mmol/dm3 of I-/Br- ions at different values of potential (a) and with additions of 1.4 mmol/dm3 of I-/Br- ions and 5 g/dm3 of ZnNTP inhibitor at different values of potential (b). Dependence of the photoelectron flux intensity on the binding energy Ev.

Download (459KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. XRD spectra of P2p electrons of passive films formed on St3kp steel samples in BBR (pH 7.4), with additions of 1.4 mmol/dm3 of I-/Br- ions and 5 g/dm3 of ZnNTP inhibitor at different values of potential. Dependence of the photoelectron flux intensity on the binding energy Eu.

Download (289KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. XRD spectra of I3d5/2-electron passive films formed on St3kp steel samples in BBR (pH 7.4) with additions of 1.4 mmol/dm3 of I- ions and 5 g/dm3 of ZnNTP inhibitor at different values of potential. Dependence of the photoelectron flux intensity on the binding energy Ev.

Download (156KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Profiles of elemental composition of surface layers of St3kp steel samples polarised in BBR (pH 7.4), with the addition of 1.4 mmol/dm3 I- at Er = -0.15 V (a) and with the addition of 1.4 mmol/dm3 Br- at Er = -0.08 V (b). Dependence of the concentration of basic elements c on the etching depth δ.

Download (182KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Profiles of elemental composition of surface layers of St3kp steel samples polarised in BBR (pH 7.4), with the addition of 1.4 mmol/dm3 I- and 5 g/dm3 ZnNTP at Er = -0.10 V (a) and with the addition of 1.4 mmol/dm3 Br- and 5 g/dm3 ZnNTP at Er = -0.10 V (b). Dependence of the concentration of basic elements c on the etching depth δ.

Download (293KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences