Ингибиторная защита низкоуглеродистой стали в потоке раствора фосфорной кислоты, содержащего фосфат железа (III)

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Изучена коррозия низкоуглеродистой стали в потоке растворов H3PO4, содержащих FePO4, включая среды, с добавками смесевых ингибиторов коррозии, состоящих из 3-замещенного производного 1,2,4-триазола (ИФХАН-92) и KNCS. В обсуждаемой среде на стали реализуются парциальные реакции анодной ионизации железа, катодного восстановления H+ и катионов Fe(III). Две первых реакции характеризуются кинетическим контролем, а последняя – диффузионным. Ускоряющее действие FePO4 на коррозию стали в растворе H3PO4 преимущественно обусловлено восстановлением Fe(III). В ингибированной кислоте ускоряющее действие катионов Fe(III) сказывается на всех парциальных реакциях стали. Несмотря на такое ускоряющее действие, смеси ИФХАН-92 и KNCS сохраняют высокое тормозящее действие в отношении электродных реакций стали, что является важным результатом. Данные по коррозии низкоуглеродистой стали в потоке исследуемых сред, полученные по массопотере металлических образцов, находятся в удовлетворительном соответствии с результатами исследования парциальных электродных реакций. Отмечено ускоряющее действие FePO4 на коррозию стали в потоке растворов H3PO4, в том числе в присутствии ингибиторов. В этих средах коррозия стали определяется конвективным фактором, что характерно для процессов с диффузионным контролем. Смесевые ингибиторы ИФХАН-92 + KNCS обеспечивают существенное замедление коррозии стали в потоке раствора H3PO4, содержащего FePO4, что является результатом эффективного замедления им всех парциальных электродных реакций металла.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Я. Г. Авдеев

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: avdeevavdeev@mail.ru
Россия, 119071, г. Москва, Ленинский проспект, д. 31, корп. 4

А. В. Панова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук

Email: avdeevavdeev@mail.ru
Россия, 119071, г. Москва, Ленинский проспект, д. 31, корп. 4

Т. Э. Андреева

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук

Email: avdeevavdeev@mail.ru
Россия, 119071, г. Москва, Ленинский проспект, д. 31, корп. 4

Список литературы

  1. Кузин, А.В., Горичев, И.Г., Шелонцев, В.А., Кузьменко, А.Н., Плахотная, О.Н., Овсянникова, Л. В. Роль комплексообразования при растворении оксидов железа в ортофосфорной кислоте. Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2021. T. 62. № 6. С. 515. [Kuzin, A.V., Gorichev, I.G., Shelontsev, V.A., Kuzmenko, A.N., Plakhotnaia, O.N., and Ovsyannikova, L.V., The Role of a Complex Formation in the Dissolution of Iron Oxides in Orthophosphoric Acid, Moscow Univ. Chem. Bull., 2021, vol. 76, no. 6, p. 398.] doi: 10.3103/S0027131421060055
  2. Кузин, А.В., Горичев, И.Г., Шелонцев, В.А., Елисеева, Е.А., Маманков, А.В. Исследование и моделирование растворения магнетита в ортофосфорной кислоте. Металлы. 2021. № 2. С. 11. [Kuzin, A.V., Gorichev, I.G., Shelontsev, V.A., Eliseeva, E.A., and Mamankov, A.V., Dissolution of magnetite in orthophosphoric acid: study and modeling, Russ. Metall., 2021, vol. 2021, p. 260.] doi: 10.1134/S0036029521030083
  3. Кузин, А.В., Горичев, И.Г., Лайнер, Ю. А. Oсобенности стимулирующего действия фосфат-ионов на кинетику растворения оксидов железа в кислой среде. Металлы. 2013. № 5. С. 24. [Kuzin, A.V., Gorichev, I.G., and Lainer, Y.A., Stimulating effect of phosphate ions on the dissolution kinetics of iron oxides in an acidic medium, Russ. Metall., 2013, vol. 2013, p. 652.] doi: 10.1134/S0036029513090073
  4. Продан, И.Е., Ещенко, Л.С., Печковский, В. В. Изучение кристаллизации фосфатов железа в системе железо (III) – фосфорная кислота – вода. Журн. неорган. химии. 1989. Т. 34. № 7. С. 1860. [Prodan, I.E., Yeshchenko, L.S., and Pechkovsky, V.V., Study of the crystallization of iron phosphates in the system iron (III) – phosphoric acid – water, Russ. J. Inorg. Chem., (in Russian), 1989, vol. 34, no. 7, p. 1860.]
  5. Авдеев, Я.Г., Панова, А.В., Андреева, Т. Э. Коррозия низкоуглеродистой стали в потоке раствора фосфорной кислоты, содержащего фосфат железа (III). Электрохимия. 2023. Т. 59. C. 404. doi: 10.31857/S0424857023070046 [Avdeev, Y.G., Panova, A.V., and Andreeva, T.E., Corrosion of Low-Carbon Steel in a Flow of Phosphoric Acid Solution Containing Iron (III) Phosphate, Russ. J. Electrochem., 2023, vol. 59, p. 512.] doi: 10.1134/S1023193523070030
  6. Avdeev, Ya.G., Panova, A.V., and Anfilov, K.L., Effect of Fe(III) salts on the protection of low carbon steel in sulfuric acid solutions by some corrosion inhibitors, Int. J. Corros. Scale Inhib., 2024, vol. 13, no. 2, p. 1135. doi: 10.17675/2305-6894-2024-13-2-26
  7. Авдеев, Я.Г., Андреева, Т. Э. Особенности механизма коррозии сталей в ингибированных растворах кислот, содержащих соли железа (III). Журн. физ. химии. 2022. Т. 96. № 2. C. 281. doi: 10.31857/S0044453722020030 [Avdeev, Ya.G. and Andreeva, T.E., Mechanism of Steel Corrosion in Inhibited Acid Solutions Containing Iron (III) Salts, Russ. J. Phys. Chem. A., 2022, vol. 96, no. 2, p. 423.] doi: 10.1134/S0036024422020030
  8. Кузнецов, Ю.И., Андреев, Н.Н., Маршаков, А. И. Физико-химические аспекты ингибирования коррозии металлов. Журн. физ. химии. 2020. Т. 94. № 3. C. 381. doi: 10.31857/S0044453720030152 [Kuznetsov, Yu.I., Andreev, N.N., and Marshakov, A.I., Physicochemical Aspects of Metal Corrosion Inhibition, Russ. J. Phys. Chem. A, 2020, vol. 94, no. 3. p. 505.] doi: 10.1134/S0036024420030152
  9. Avdeev, Ya.G., Tyurina, M.V., and Kuznetsov, Yu.I., Protection of low-carbon steel in phosphoric acid solutions by mixtures of a substituted triazole with sulfur-containing compounds, Int. J. Corros. Scale Inhib., 2014, vol. 3, no. 4, p. 246. doi: 10.17675/2305-6894-2014-3-4-246-253
  10. Авдеев, Я.Г., Тюрина, М.В., Кузнецов, Ю.И., Пронин, Ю.Е., Казанский, Л. П. Защита низкоуглеродистой стали в растворах фосфорной кислоты ингибитором ИФХАН-92. Ч. 2. Коррозия: материалы, защита. 2013. № 6. С. 17. [Avdeev, Ya.G., Tyurina, M.V., Kuznetsov, Yu.I., Pronin, Yu.E., and Kazanskiy, L.P., Protection of low-carbon steel in phosphoric acid solutions with IFKhAN-92 inhibitor. Part 2, Corros.: mater., prot. (in Russian), 2013, no. 6, p. 17.]
  11. Кеше, Г. Коррозия металлов. Физико-химические принципы и актуальные проблемы / Пер. с нем. под. ред. акад. Я. М. Колотыркина. М.: Металлургия, 1984. 400 с. [Kaesche, H., Die Korrosion der Metalle. Physikalischchemische Prinzipien und Aktuelle Probleme (in German), Springer, Berlin, 1979.]
  12. Плетнев, М.А., Решетников, С. М. Кооперативные эффекты в задаче о кислотной коррозии металлов. Защита металлов. 2004. Т. 40. № 5. С. 513. [Pletnev, M.A. and Reshetnikov, S.M., Cooperative Effects in the Problem of Acid Corrosion of Metals, Prot. Met., 2004, vol. 40, p. 460.] doi: 10.1023/B: PROM.0000043064.20548.e0
  13. Антропов, Л. И. Теоретическая электрохимия. М.: Высш. шк., 1965. С. 348–380. [Antropov, L. I. Theoretical Electrochemistry (in Russian), Vysshaya Shkola, Moscow, 1965, p. 348–380.]
  14. Bockris, J.O’M., Drazic, D., and Despic, A.R., The electrode kinetics of the deposition and dissolution of iron, Electrochim. Acta, 1961, vol. 4, no. 2–4, p. 325. doi: 10.1016/0013-4686(61)80026-1
  15. Катревич, А.Н., Флорианович, Г.М., Колотыркин, Я. М. Выяснение кинетических параметров реакции активного растворения железа в растворах фосфатов. Защита металлов. 1974. T. 10. № 4. C. 369. [Katrevich, A.N., Florianovich, G.M., and Kolotyrkin, Ya.M., Elucidation of the kinetic parameters of the reaction of active dissolution of iron in phosphate solutions, Prot. Met., (in Russian), 1974, vol. 10, no. 4, p. 369.]
  16. Решетников, С.М., Макарова, Л. Л. Кинетика и механизм катодных и анодных процессов, определяющих кислотную коррозию металлов в области активного растворения. Окислительно-восстановительные и адсорбционные процессы на поверхности твердых металлов: Межвуз. сб. Ижевск: Удмурт. гос. ун-т, 1979. С. 25–49. [Reshetnikov, S.M. and Makarova, L.L., Kinetics and mechanism of cathodic and anodic processes that determine acid corrosion of metals in the area of active dissolution, Redox and adsorption processes on the surface of solid metals (in Russian), Udmurt State University, Izhevsk, 1979, p. 25–49.]
  17. Решетников, С. М. Ингибиторы кислотной коррозии металлов. Л.: Химия, 1986. 144 с. [Reshetnikov, S.M., Inhibitors of acid corrosion of metals (in Russian), Leningrad: Khimiya, 1986.]
  18. Плесков, Ю.В., Филиновский, В. Ю. Вращающийся дисковый электрод. М: Наука, 1972. 344 с. [Pleskov, Yu.V. and Filinovskii, V. Yu., The Rotating Disk Electrode Consultants Bureau, New York, 1976.]
  19. Du, C., Tan, Q., Yin, G., and Zhang, J., Rotating Disk Electrode Method, In Rotating Electrode Methods and Oxygen Reduction Electrocatalysts, Eds. W. Xing, G. Yin, J. Zhang, Elsevier B. V. All rights reserved, 2014, p. 171–198. doi: 10.1016/B978-0-444-63278-4.00005-7
  20. Jia, Z., Yin, G., and Zhang, J., Rotating Ring-Disk Electrode Method, In Rotating Electrode Methods and Oxygen Reduction Electrocatalysts, Eds. W. Xing, G. Yin, J. Zhang, Elsevier B. V. All rights reserved, 2014, p. 199–229. doi: 10.1016/B978-0-444-63278-4.00006-9
  21. Xing, W., Yin, M., Lv, Q., Hu, Y., Liu, C., and Zhang J., Oxygen solubility, diffusion coefficient, and solution viscosity, In Rotating Electrode Methods and Oxygen Reduction Electrocatalysts, Eds. W. Xing, G. Yin, J. Zhang, Elsevier B. V. All rights reserved, 2014, p. 1–31. doi: 10.1016/B978-0-444-63278-4.00001-X
  22. Avdeev, Ya.G., About the nature of iron anodic activation in solutions of mineral acids, Int. J. Corros. Scale Inhib., 2020, vol. 9, no. 4, p. 1375. doi: 10.17675/2305-6894-2020-9-4-10
  23. Pletnev, M.A., Effect of inhibitors on the desorption potentials in the anodic dissolution of iron in acid solutions – A review, Int. J. Corros. Scale Inhib., 2020, vol. 9, no. 3, p. 842. doi: 10.17675/2305-6894-2020-9-3-4

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Поляризационные кривые стали Ст3 в 2 M H3PO4 (а) с добавками 0.5 мМ ИФХАН-92 + 0.5 мМ KNCS (б) и 5 мМ ИФХАН-92 + 0.5 мМ KNCS (в), содержащей FePO4, М: 1 – 0; 2 – 0.01; 3 – 0.02; 4 – 0.05; 5 – 0.10. Значение n = 460 об/мин; t = 25°C.

Скачать (164KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость плотности катодного тока от частоты вращения стального диска в 2 M H3PO4 (а) с добавками 0.5 мМ ИФХАН-92 + 0.5 мМ KNCS (б) и 5 мМ ИФХАН-92 + 0.5 мМ KNCS (в), содержащей FePO4, М: 1 – 0; 2 – 0.01; 3 – 0.02; 4 – 0.05; 5 – 0.10. Е = –0.30 В, t = 25°C.

Скачать (176KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость скорости коррозии стали Ст3 от частоты вращения пропеллерной мешалки в коррозионной среде при 20 ± 2°C в 2 M H3PO4 (а) с добавкой 5 мМ ИФХАН-92 + 0.5 мМ KNCS (б), содержащей FePO4. Продолжительность опытов – 2 ч.

Скачать (181KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость скорости коррозии стали Ст3 от частоты вращения пропеллерной мешалки в коррозионной среде при 20 ± 2°C в 2 M H3PO4 + 0.1 M FePO4 (1) с добавками 0.01 мМ ИФХАН-92 + 0.5 мМ KNCS (2), 0.1 мМ ИФХАН-92 + 0.5 мМ KNCS (3), 0.5 мМ ИФХАН-92 + 0.5 мМ KNCS (4), 5 мМ ИФХАН-92 + 0.5 мМ KNCS (5). Продолжительность опытов – 2 ч.

Скачать (62KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025