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

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

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.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

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
Россия, 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

Автор, ответственный за переписку.
Email: chaus@udman.ru
ORCID iD: 0000-0003-4950-2370
Scopus Author ID: 6602129105
ResearcherId: ABH-2695-2020

д.х.н.

Россия, 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.

Россия, 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
Россия, 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
Россия, 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.

Россия, 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
Россия, 426068, г. Ижевск, ул. Татьяны Барамзиной, д. 34

Список литературы

  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].

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Анодные ветви поляризационных кривых стали при pH 7.4 и температуре 25°С в присутствии комплексов Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3]·13H2O с соотношением Cu:Zn = 3:1 (а), 1:1 (б) и 1:3 (в). Различные кривые соответствуют указанным значениям концентрации Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3]·13H2O в реакционной среде сinh.

Скачать (288KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Анодные ветви поляризационных кривых стали при pH 7.4 и температуре 25°С в присутствии 1.0 ммоль·дм–3 комплексов Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3]× ×13H2O с различным соотношением Cu:Zn, а также ранее известных ингибиторов Na4[ZnN(CH2PO3)3]·13H2O (Cu:Zn = 0:1) и Na4[CuN(CH2PO3)3]·13H2O (Cu:Zn = 1:0).

Скачать (83KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость условной эффективности ингибирования анодного растворения стали Z* от соотношения Cu:Zn в составе комплекса Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3]·13H2O при его концентрации 1 ммоль·дм–3.

Скачать (35KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Микрофотографии поверхности образцов стали 20, поляризованных при различных потенциалах (х.с.э.) в присутствии 1.0 ммоль·дм–3 ингибитора Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3]·13H2O с соотношением Cu:Zn = 1:3; увеличение 40 000×. Потенциал образца –0.8 (а), –0.68 (б), –0.55 (в), –0.38 (г), +0.21 (д), +1.2 В (е). На изображениях, полученных с использованием детектора вторичных электронов Эверхарта–Торнли, более светлые места соответствуют содержанию более тяжелых элементов (в первую очередь Cu), а темный фон — содержанию более легких элементов (преимущественно Fe).

Скачать (553KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимости среднего размера частиц меди на поверхности образца ⟨d⟩ (а), атомных долей c Fe, O и Cu в составе поверхностного слоя (около 1 мкм) образца и анодного тока i (б) от потенциала образца E в присутствии 1.0 ммоль·дм–3 ингибитора Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3]·13H2O с соотношением Cu:Zn = 1:3.

Скачать (85KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Рентгеновские фотоэлектронные спектры в интервалах энергии связи EB, соответствующих спектрам Cu2p- и Zn2p-фотоэлектронов, полученные с поверхности образцов, поляризованных в коррозионной среде с добавками 1.0 ммоль·дм–3 комплексов Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3]·13H2O при Cu:Zn = 3:1 (а) [потенциал образца E = –0.80 (1), –0.66 (2), –0.55 (3), –0.35 (4), +0.20 (5), +1.20 В (х.с.э.) (6)]; Cu:Zn = 1:1 (б) и Cu:Zn = 1:3 (в) [потенциал образца E = –0.66 (1), –0.55 (2), –0.35 (3), +0.20 (4), +1.20 В (х.с.э.) (5)].

Скачать (339KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Рентгеновские фотоэлектронные спектры в интервалах энергии связи EB, соответствующих спектрам O1s- и Fe2p-фотоэлектронов, полученные с поверхности образцов, поляризованных в коррозионной среде с добавками 1.0 ммоль·дм–3 комплексов Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3]·13H2O при Cu:Zn = 3:1 (а) [потенциал образца E = –0.80 (1), –0.66 (2), –0.55 (3), –0.35 (4), +0.20 (5), +1.20 В (х.с.э.) (6)]; Cu:Zn = 1:1 (б) и Cu:Zn = 1:3 (в) [потенциал образца E = –0.66 (1), –0.55 (2), –0.35 (3), +0.20 (4), +1.20 В (х.с.э.) (5)].

Скачать (265KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Рентгеновские фотоэлектронные спектры в интервале энергии связи EB, соответствующем спектру P2p-фотоэлектронов, полученные с поверхности образцов, поляризованных в коррозионной среде с добавками 1.0 ммоль·дм–3 комплексов Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3]·13H2O при Cu:Zn = 3:1 (а) [потенциал образца E = –0.80 (1), –0.66 (2), –0.55 (3), –0.35 (4), +0.20 (5), +1.20 В (х.с.э.) (6)]; Cu:Zn = 1:1 (б) и Cu:Zn = 1:3 (в) [потенциал образца E = –0.66 (1), –0.55 (2), –0.35 (3), +0.20 (4), +1.20 В (х.с.э.) (5)].

Скачать (223KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Профили состава по глубине поверхностных слоев образцов стали 20, поляризованных в коррозионной среде с добавкой 1.0 ммоль·дм–3 комплекса Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3]·13H2O с соотношением Cu:Zn = 1:3 при различных потенциалах: –0.38 (а), +0.21 (б) и +0.68 В (х.с.э.) (в).

Скачать (156KB)
Метаданные
11. Формула (I)

Скачать (87KB)
Метаданные
12. Формула (II)

Скачать (68KB)
Метаданные
13. Рис. 10. Предложенные модели строения поверхностного слоя стали 20 при различных потенциалах. CuZnNTP — Na4[(Cu,Zn)N(CH2PO3)3]·13H2O, FeZnNTP — [Zn1/2Fe1/2(H2O)3NH(CH2PO3H)3]n.

Скачать (272KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024