Особенности механизма коррозии сталей в потоке раствора кислоты, содержащего соль железа (III)

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Рассмотрены термодинамические и кинетические аспекты коррозии низкоуглеродистых сталей в потоке раствора H2SO4, содержащего Fe2(SO4)3, включая среды ингибированные смесью четвертичной аммониевой соли и KI, протекающей путем параллельного взаимодействия металла с кислотой и солью Fe(III). Потенциометрические исследования раствора H2SO4, содержащего соли Fe(III) и Fe(II), показали, что катионы Fe(III) в этих средах связаны в комплексы с сульфат–анионами, что снижает их окислительные свойства. Вольтамперные исследования поведения стали в потоке раствора H2SO4, содержащего Fe2(SO4)3, указывают на то, что коррозия включает реакцию анодной ионизации железа, протекающую в кинетической области, и две катодные парциальные реакции − выделение водорода и восстановление катионов Fe(III) до Fe(II), которые характеризуются, соответственно, кинетическим и диффузионным контролем. Последняя реакция, протекающая с диффузионным контролем, определяет чувствительность всего коррозионного процесса к гидродинамическим параметрам агрессивной среды и концентрации в ней Fe2(SO4)3. Исследована зависимость скорости коррозии стали от частоты вращения пропеллерной мешалки, используемой для перемешивания раствора. Слабое торможение смесевым ингибитором коррозии стали в растворах H2SO4, содержащих Fe2(SO4)3, – результат ускоряющего воздействия катионов Fe(III) на три парциальные электродные реакции железа.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Я. Г. Авдеев

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: avdeevavdeev@mail.ru
Россия, Москва

Т. Э. Андреева

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук

Email: avdeevavdeev@mail.ru
Россия, Москва

А. В. Панова

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук

Email: avdeevavdeev@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Avdeev Ya.G., Kuznetsov Yu.I. // Intern. J. Corros. Scale Inhib. 2022. V. 11. № 1. P. 111. https://doi.org/10.17675/2305-6894-2022-11-1-6
  2. Кузнецов Ю.И. // Успехи химии. 2004. Т. 73. № 1. С. 79.
  3. Barthel J., Deiss R. // Mater. Corros. 2021. V. 72. № 3. P. 434. https://doi.org/10.1002/maco.202011977
  4. Perry S.C., Gateman S.M., Stephens, L.I. et al. // J. Electrochem. Soc. 2019. V. 166. № 11. P. C3186. https://doi.org/10.1149/2.0111911jes
  5. Pourbaix M. Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions. Houston: National Association of Corrosion Engineers, 1974.
  6. Кеше Г. Коррозия металлов: физико–химические принципы и актуальные проблемы / Под. ред. акад. Колотыркина Я.М. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1984.
  7. Плетнев М.А., Решетников С.М. // Защита металлов. 2004. Т. 40. № 5. С. 513.
  8. Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия. Учеб. М.: Высшая школа, 1965. С. 348.
  9. Bockris J.O’M., Drazic D., Despic A.R. // Electrochim. Acta. 1961. V. 4. № 2–4, P. 325. https://doi.org/10.1016/0013-4686(61)80026-1
  10. Florianovich G.M., Sokolova L.A., Kolotyrkin Ya.M. // Ibid. 1967. V. 12. № 7. P. 879. https://doi.org/10.1016/0013-4686(67)80124-5
  11. Авдеев Я.Г., Андреева Т.Э. // Журн. физ. химии. 2021. Т. 95. № 6. С. 875. https://doi.org/10.31857/S0044453721060029
  12. Авдеев Я.Г., Ненашева Т.А., Лучкин А.Ю. и др. // Хим. физика. 2024. Т. 43. № 1. С. 24. https://doi.org/10.31857/S0207401X24010033
  13. Umoren S.A., Solomon M.M. // J. Ind. Eng. Chem. 2015. V. 21. P. 81. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2014.09.033
  14. Захаров В.А., Сонгина О.А., Бектурова Г.Б. // Журн. аналит. химии. 1976. Т. 31. № 11. С. 2212.
  15. Techniques of electrochemistry: Electrode Processes. / Eds.: Yeager E., Salkind A.J. New York: John Wiley & Sons, 1972. V. 1.
  16. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. Изд. 4–е, перераб. и доп. М.: Химия, 1971.
  17. Casas J.M., Crisóstomo G., Cifuentes L. // Hydrometallurgy (Netherlands). 2005. V. 80. № 4. P. 254. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2005.07.012
  18. Yue G., Zhao L., Olvera O.G. et al. // Ibid. 2014. V. 147–148. P. 196. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.05.008
  19. Whiteker R.A., Davidson N. // J. Amer. Chem. Soc. 1953. V. 75. № 13. P. 3081. https://doi.org/10.1021/ja01109a010
  20. Sobron P., Rull F., Sobron F. et al. // Spectrochim. Acta. Part A. 2007. V. 68. № 4. P. 1138. https://doi.org/10.1016/j.saa.2007.06.044
  21. Majzlan J., Myneni S.C.B. // Environ. Sci. Technol. 2005. V. 39. № 1. P. 188. https://doi.org/10.1021/es049664p
  22. Плэмбек Дж. Электрохимические методы анализа. Основы теории и применения. Пер. с англ. М.: Мир, 1985.
  23. Решетников С.М. Ингибиторы кислотной коррозии металлов. Л.: Химия, 1986.
  24. Плесков Ю.В., Филиновский В.Ю. Вращающийся дисковый электрод. М: Наука, 1972.
  25. Rotating Electrode Methods and Oxygen Reduction Electrocatalysts. Eds. Xing W., Yin G., Zhang J. 1st ed. Amsterdam: Elsevier B.V., 2014. Ch. 5. P. 171. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63278-4.00005-7
  26. Ibid. Ch. 6. P. 199. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63278-4.00006-9
  27. Краткий справочник физико–химических величин. Изд. 5–е, перераб. и доп. / Под ред. Мищенко К.П. и Равделя А.А. Л.: Химия, 1967.
  28. Итоги науки и техники. Сер. Коррозия и защита от коррозии. Т. 2. М.: ВИНИТИ, 1973. С. 27.
  29. Avdeev Ya.G., Kireeva O.A., Kuznetsov D.S. et al. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2018. V. 54. № 7. P. 1298. https://doi.org/10.1134/S2070205118070055
  30. Зайченко А.Ю., Подлесный Д.Н., Салганская М.В. и др. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 8. С. 3. https://doi.org/10.31857/S0207401X21080148
  31. Беляев А.А., Ермолаев Б.С. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 8. С. 3. https://doi.org/10.31857/S0207401X23080034
  32. Буравцев Н.Н. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 3. С. 3. https://doi.org/10.31857/S0207401X22030037

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фрагмент E–pH-диаграммы полей устойчивости металлического Fe и катионов Fe(III) в воде при температуре 25 °С и 101.3 кПа общего давления [5]: 1 – линия границы поля устойчивости металлического Fe; 2, 3 – линии границы поля устойчивости катионов Fe(III); 4, 5 – линии пределов устойчивости воды. Твердыми фазами считаются только Fe, Fe(OH)2 и Fe(OH)3. Поля устойчивости приводятся для случаев, когда lg aFe(III) = lg aFe(II) и соответствует значениям -6, -4, -2 и 0.

Скачать (145KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Справочные [15] и экспериментальные (точки) значения потенциалов платинового электрода в деаэрированном аргоном 2 М растворе H2SO4, содержащем сульфаты Fe(III) и Fe(II) (CFe(III) + CFe(II) = 0.1 M), в зависимости от соотношения содержания Fe(III) и Fe(II) при разных температурах, °С: 1 – 20, 2 – 40, 3 – 60, 4 – 80, 5 – 95.

Скачать (72KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Циклические вольтамперограммы Pt-электрода в деаэрированном аргоном 2 М растворе H2SO4, содержащем Fe(III), моль/л: 1 – 0.01, 2 – 0.04, 3 – 0.10; v = 0.10 В/с, t = 25 °C.

Скачать (38KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Поляризационные кривые стального диска марки Ст3 в 2 M растворе H2SO4 (а), ингибированным 5 мМ ТБЭАХ + 5 мМ KI (б), в присутствии Fe(III), моль/л: 1, 1 ′ – 0; 2, 2 ′ – 0.02; 3, 3 ′ – 0.05; 4, 4 ′ – 0.10; 5, 5 ′ – 0.20; 1–5 – катодная реакция; 1 ′–5 ′ – анодная реакция; n = 460 об/мин.

Скачать (52KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость плотности катодного тока от частоты вращения стального диска марки Ст3 в 2 M растворе H2SO4 (а), ингибированном 5 мМ ТБЭАХ + 5 мМ KI (б), в присутствии Fe(III), моль/л: 1 – 0, 2 – 0.02, 3 – 0.05, 4 – 0.10, 5 – 0.20 при Е = –0.30 В, t = 25 °C.

Скачать (56KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость скорости коррозии стали марки Ст3 в 2 M растворах H2SO4 с различным содержанием катионов Fe(III) (1 – 0, 2 – 0.005, 3 – 0.01, 4 – 0.02, 5 – 0.05, 6 – 0.1 М) от частоты вращения пропеллерной мешалки в коррозионной среде: a, a′ – без добавок; б, б ′ – 5 мМ ТБЭАХ + 5 мМ KI; a′, б ′ — построены с поправкой на естественную конвекцию. Продолжительность опытов – 2 ч, t = (20 ± 2) °C.

Скачать (166KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025