Влияние медно-цинковых хелатных комплексов нитрило-трис-метиленфосфоновой кислоты на коррозионно-электрохимическое поведение стали в водной среде

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Влияние комплексных соединений Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3]·13H2O с хелатной структурой на коррозионно-электрохимическое поведение стали 20 в среде боратного буферного раствора при pH 7.4 и естественной аэрации изучено потенциодинамическим методом, методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии поверхности с микроанализом. Установлено, что ингибитор исследованного типа обладает наилучшими защитными свойствами при соотношении Cu:Zn = 1:3. Оптимальная концентрация ингибиторов исследованного типа составляет 1 ммоль·дм–3. Обсужден механизм ингибирующего действия гетерометаллических ингибиторов рассмотренного типа. Синергический эффект действия ионов [CuN(CH2PO3)3]4– и [ZnN(CH2PO3)3]4– проявляется в области потенциалов –0.8÷–0.1 В (х.с.э.). На поверхности стали образуются наночастицы металлической меди, стимулирующие процесс выделения в приповерхностный слой коррозионной среды ионов Fe2+. Взаимодействие ионов Fe2+ с ионами ингибитора [ZnN(CH2PO3)3]4– приводит к формированию на поверхности стали слоя труднорастворимого комплекса [Zn1/2Fe1/2(H2O)3N(CH2PO3)3]n.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Игорь Александрович Жилин

АО «Ижевский электромеханический завод «КУПОЛ»; Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН

Email: chaus@udman.ru
ORCID iD: 0009-0008-2380-1050
Russian Federation, 426033, г. Ижевск, ул. Песочная, д. 3; 426068, г. Ижевск, ул. Татьяны Барамзиной, д. 34

Фёдор Фёдорович Чаусов

Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН

Author for correspondence.
Email: chaus@udman.ru
ORCID iD: 0000-0003-4950-2370
Scopus Author ID: 6602129105
ResearcherId: ABH-2695-2020

д.х.н.

Russian Federation, 426068, г. Ижевск, ул. Татьяны Барамзиной, д. 34

Наталья Валентиновна Ломова

Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН

Email: chaus@udman.ru
ORCID iD: 0000-0002-6568-4736

к.ф.-м.н.

Russian Federation, 426068, г. Ижевск, ул. Татьяны Барамзиной, д. 34

Ирина Сергеевна Казанцева

Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН

Email: chaus@udman.ru
ORCID iD: 0000-0003-4556-3854
Russian Federation, 426068, г. Ижевск, ул. Татьяны Барамзиной, д. 34

Никита Юрьевич Исупов

Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН

Email: chaus@udman.ru
ORCID iD: 0000-0002-2515-8117
Russian Federation, 426068, г. Ижевск, ул. Татьяны Барамзиной, д. 34

Василий Леонидович Воробьёв

Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН

Email: chaus@udman.ru
ORCID iD: 0000-0002-9401-0802

к-ф.-м.н.

Russian Federation, 426068, г. Ижевск, ул. Татьяны Барамзиной, д. 34

Игорь Кронидович Аверкиев

Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН

Email: chaus@udman.ru
ORCID iD: 0000-0001-9952-8363
Russian Federation, 426068, г. Ижевск, ул. Татьяны Барамзиной, д. 34

References

  1. Chausov F. F., Kazantseva I. S., Reshetnikov S. M., Lomova N. V., Maratkanova A. N., Somov N. V. Zinc and cadmium nitrilotris(methylenephosphonate)s: A comparative study of different coordination structures for corrosion inhibition of steels in neutral aqueous media // ChemistrySelect. 2020. V. 5. N 43. P. 13711–13719. https://doi.org/10.1002/slct.202003255
  2. Жилин И. А., Чаусов Ф. Ф., Ломова Н. В., Казанцева И. С., Исупов Н. Ю., Аверкиев И. К. Влияние хелатного комплекса нитрило-трис-метиленфосфоновой кислоты с медью на коррозионно-электрохимическое поведение углеродистой стали в водной среде // ЖПХ. 2023. Т. 96. № 2. С. 184–199. https://doi.org/10.31857/S004446182302007X https://www.elibrary.ru/oulzrw [Zhilin I. A., Chausov F. F., Lomova N. V., Kazantseva I. S., Isupov N. Yu., Averkiev I. K. Impact of the chelate complex of nitrilotris(methylenephosphonic acid) with copper on the corrosion-electrochemical behavior of carbon steel in an aqueous medium // Russ. J. Appl. Chem. 2023. V. 96. N 2. P. 176–189. https://doi.org/10.1134/S1070427223020089].
  3. Kuznetsov Y. I., Redkina G. V. Thin protective coatings on metals formed by organic corrosion inhibitors in neutral media // Coatings. 2022. V. 12. N 2. ID 149. https://doi.org/10.3390/coatings12020149
  4. Holmes W. Silver staining of nerve axons in paraffin sections // The Anatomical Record. 1943. V. 86. P. 157–187. https://doi.org/10.1002/ar.1090860205
  5. Biesinger M. C. Advanced analysis of copper X-ray photoelectron spectra // Surf. Interf. Anal. 2017. V. 49. P. 1325–1334. https://doi.org/10.1002/sia.6239
  6. Grosvenor A. P., Kobe B. A., Biesinger M. C., McIntyre N. S. Investigation of multiplet splitting of Fe2p XPS spectra and bonding in iron compounds // Surf. Interf. Anal. 2004. V. 36. P. 1564–1574. https://doi.org/10.1002/sia.1984
  7. Чаусов Ф. Ф., Казанцева И. С., Ломова Н. В., Холзаков А. В., Шабанова И. Н., Суксин Н. Е. Термохимическое поведение кристаллических медно-цинковых комплексов нитрило-трис-метиленфосфоновой кислоты // ЖПХ. 2022. Т. 95. № 4. C. 458–467. https://doi.org/10.31857/S0044461822040065 https://www.elibrary.ru/dgyksg [Chausov F. F., Kazantseva I. S., Lomova N. V., Kholzakov A. V., Shabanova I. N., Suksin N. E. Thermochemical behavior of crystalline copper–zinc complexes of nitrilotris(methylenephosphonic) acid // Russ. J. Appl. Chem. 2022. V. 95. N 4. P. 519–528. https://doi.org/10.1134/S1070427222040073].

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Anodic branches of polarization curves of steel at pH 7.4 and temperature of 25°C in the presence of Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3]·13H2O complexes with the ratio Cu:Zn = 3:1 (a), 1:1 (b) and 1:3 (c). Different curves correspond to the indicated values ​​of Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3]·13H2O concentration in the reaction medium сinh.

Download (288KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Anodic branches of polarization curves of steel at pH 7.4 and temperature of 25°C in the presence of 1.0 mmol dm–3 of Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3]×13H2O complexes with different Cu:Zn ratios, as well as previously known inhibitors Na4[ZnN(CH2PO3)3]×13H2O (Cu:Zn = 0:1) and Na4[CuN(CH2PO3)3]×13H2O (Cu:Zn = 1:0).

Download (83KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the conditional efficiency of inhibition of anodic dissolution of steel Z* on the Cu:Zn ratio in the Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3]·13H2O complex at its concentration of 1 mmol·dm–3.

Download (35KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Micrographs of the surface of steel 20 samples polarized at different potentials (CSE) in the presence of 1.0 mmol dm–3 of the inhibitor Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3] 13H2O with a Cu:Zn ratio of 1:3; magnification 40,000×. The sample potential is –0.8 (a), –0.68 (b), –0.55 (c), –0.38 (d), +0.21 (d), +1.2 V (e). In the images obtained using the Everhart-Thornley secondary electron detector, lighter areas correspond to the content of heavier elements (primarily Cu), and the dark background to the content of lighter elements (mainly Fe).

Download (553KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependences of the average size of copper particles on the sample surface ⟨d⟩ (a), atomic fractions c of Fe, O and Cu in the composition of the surface layer (about 1 μm) of the sample and the anodic current i (b) on the sample potential E in the presence of 1.0 mmol dm–3 of the inhibitor Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3] 13H2O with a ratio of Cu:Zn = 1:3.

Download (85KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. X-ray photoelectron spectra in the ranges of binding energy EB corresponding to the spectra of Cu2p and Zn2p photoelectrons, obtained from the surface of samples polarized in a corrosive environment with the addition of 1.0 mmol dm–3 of Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3] 13H2O complexes at Cu:Zn = 3:1 (a) [sample potential E = –0.80 (1), –0.66 (2), –0.55 (3), –0.35 (4), +0.20 (5), +1.20 V (c.s.e.) (6)]; Cu:Zn = 1:1 (b) and Cu:Zn = 1:3 (c) [sample potential E = –0.66 (1), –0.55 (2), –0.35 (3), +0.20 (4), +1.20 V (c.s.e.) (5)].

Download (339KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. X-ray photoelectron spectra in the ranges of binding energy EB corresponding to the spectra of O1s and Fe2p photoelectrons, obtained from the surface of samples polarized in a corrosive environment with the addition of 1.0 mmol dm–3 of Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3] 13H2O complexes at Cu:Zn = 3:1 (a) [sample potential E = –0.80 (1), –0.66 (2), –0.55 (3), –0.35 (4), +0.20 (5), +1.20 V (c.s.e.) (6)]; Cu:Zn = 1:1 (b) and Cu:Zn = 1:3 (c) [sample potential E = –0.66 (1), –0.55 (2), –0.35 (3), +0.20 (4), +1.20 V (c.s.e.) (5)].

Download (265KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. X-ray photoelectron spectra in the binding energy range EB corresponding to the spectrum of P2p photoelectrons, obtained from the surface of samples polarized in a corrosive environment with the addition of 1.0 mmol dm–3 of Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3] 13H2O complexes at Cu:Zn = 3:1 (a) [sample potential E = –0.80 (1), –0.66 (2), –0.55 (3), –0.35 (4), +0.20 (5), +1.20 V (c.s.e.) (6)]; Cu:Zn = 1:1 (b) and Cu:Zn = 1:3 (c) [sample potential E = –0.66 (1), –0.55 (2), –0.35 (3), +0.20 (4), +1.20 V (c.s.e.) (5)].

Download (223KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Composition profiles by the depth of the surface layers of steel 20 samples polarized in a corrosive environment with the addition of 1.0 mmol dm–3 of the Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3] 13H2O complex with a Cu:Zn ratio of 1:3 at different potentials: –0.38 (a), +0.21 (b) and +0.68 V (chemically stable electrochemical cell) (c).

Download (156KB)
Indexing metadata
11. Formula (I)

Download (87KB)
Indexing metadata
12. Formula (II)

Download (68KB)
Indexing metadata
13. Fig. 10. Proposed models of the structure of the surface layer of steel 20 at different potentials. CuZnNTP — Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3] 13H2O, FeZnNTP — [Zn1/2Fe1/2(H2O)3NH(CH2PO3H)3]n.

Download (272KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences