Особенности коррозии низкоуглеродистой стали в потоке растворов кислот различного анионного состава, содержащих соли 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 растворах HCl, HCl + H3PO4 и H3PO4, содержащих соли Fe(III). В исследуемых системах коррозия стали протекает в результате ее реакции с раствором кислоты и солью Fe(III). В обсуждаемых средах 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 катионов Fe(III) на коррозию стали в изучаемых средах преимущественно обусловлено восстановлением Fe(III). Связывание катионов Fe(III) в комплексные соединения с анионами коррозионной среды снижает значение их коэффициента диффузии (DFe(III)). Величина DFe(III) максимальна в растворе HCl и минимальна в растворе H3PO4. Скорость парциальной катодной реакции восстановления Fe(III) определяется значением DFe(III). В результате ускоряющее действие Fe(III) на катодную реакцию и, как следствие, общую коррозию стали в потоке агрессивной среды наиболее существенно в растворе HCl, а наименее – в растворе H3PO4.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Я. Г. Авдеев

ФГБУН 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

ФГБУН 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

ФГБУН 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. Батраков В.В., Батраков В.П., Пивоварова Л.И., Соболь В.В. Коррозия конструкционных материалов. Газы и неорганические кислоты. Справочное издание. В двух книгах. Кн. 2. Неорганические кислоты. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Интермет Инжиниронг, 2000. 320 с.
  2. Verma C., Quraishi M.A., Ebenso E.E. // Int. J. Corros. Scale Inhib. 2020. V. 9. № 4. P. 1261. doi: 10.17675/2305-6894-2020-9-4-5.
  3. Meroufel A.A. / In: Corrosion and Fouling Control in Desalination Industry. Eds. V.S. Saji, A.A. Meroufel, A.A. Sorour. Springer. Cham. 2020. P. 209. doi: 10.1007/978-3-030-34284-5_10
  4. Авдеев Я.Г., Кузнецов Ю.И. // Журн. физ. химии. 2023. Т. 97. № 3. C. 305. doi: 10.31857/S0044453723030056. [Avdeev Ya.G., Kuznetsov Yu.I. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2023. V. 97. P. 413. doi: 10.1134/S0036024423030056].
  5. Finšgar M., Jackson J. // Corros. Sci. 2014. V. 86, P. 17. doi: 10.1016/j.corsci.2014.04.044.
  6. Avdeev Ya.G., Andreeva T.E., Panova A.V., Kuznetsov Yu.I. // Int. J. Corros. Scale Inhib. 2019. V. 8. № 1. P. 139. doi: 10.17675/2305-6894-2019-8-1-12.
  7. Авдеев Я.Г., Панова А.В., Андреева Т.Э. // Журн. физ. хим. 2023. Т. 97. № 5. C. 730. doi: 10.31857/S0044453723050059. [Avdeev Ya.G., Panova A.V., Andreeva T.E. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2023. V. 97. P. 1018. doi: 10.1134/S0036024423050059].
  8. Richardson J.A., Bhuiyan M.S.H. / In: Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. Elsevier, 2017. 21 p. doi: 10.1016/B978-0-12-803581-8.10372-8.
  9. Richardson J.A. / In: Shreir’s Corrosion. Eds. B. Cottis, M. Graham, R. Lindsay, S. Lyon, T. Richardson, D. Scantlebury, H. Stott. Elsevier. 2010. P. 1207. doi: 10.1016/B978-044452787-5.00197-9.
  10. Кузин А.В., Горичев И.Г., Шелонцев В.А., и др. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2021. V. 62. № 6. С. 515. [Kuzin A.V., Gorichev I.G., Shelontsev V.A., et al. // Moscow Univ. Chem. Bull. 2021. V. 76. P. 398. doi: 10.3103/S0027131421060055].
  11. Кеше Г. Коррозия металлов. Физико-химические принципы и актуальные проблемы. / Пер. с нем. под. ред. акад. Я.М. Колотыркина. М.: Металлургия, 1984. 132 с.
  12. Плетнев М.А., Решетников С.М. // Защита металлов. 2004. Т. 40. № 5. С. 513. [Pletnev M.A., Reshetnikov S.M. // Prot. Met. 2004. V. 40. P. 460—467. doi: 10.1023/B: PROM.0000043064.20548.e0]
  13. Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия. М.: Высш. школа, 1965. С. 348.
  14. Bockris J.O’M., Drazic D., Despic A.R. // Electrochim. Acta. 1961. V. 4. № 2—4. P. 325. doi: 10.1016/0013-4686(61)80026-1.
  15. Chin R.J., Nobe K. // J. Electrochem. Soc. 1972. V. 119. P. 1457. doi: 10.1149/1.2404023.
  16. Florianovich G.M., Sokolova L.A.. Kolotyrkin Ya.M. // Electrochim. Acta. 1967. V. 12. № 7. P. 879. doi: 10.1016/0013-4686(67)80124-5.
  17. Решетников С.М., Макарова Л.Л. Окислительно-восстановительные и адсорбционные процессы на поверхности твердых металлов. Ижевск: Удмуртский гос. ун-т. 1979. С. 25.
  18. Авдеев Я.Г., Андреева Т.Э. // Журн. физ. химии. 2021. Т. 95. № 6. С. 885.doi: 10.31857/S0044453721060029. [Avdeev Ya.G., Andreeva T.E. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2021. V. 95. № . 6. P. 1128. doi: 10.1134/S0036024421060029]
  19. Захаров В.А., Сонгина О.А., Бектурова Г.Б. // Журн. аналит. химии. 1976. Т. 31. № 11. С. 2212.
  20. Avdeev Ya.G., Andreeva T.E., Panova A.V., Yurasova E.N. // Int. J. Corros. Scale Inhib. 2019. V. 8. № 2. P. 411. doi: 10.17675/2305-6894-2019-8-2-18.
  21. Belqat B., Laghzizil A., Elkacimi K., et al. // J. of Fluorine Chem. 2000. V. 105. № 1. P. 1. doi: 10.1016/S0022-1139(00)00256-6.
  22. Techniques of electrochemistry: Electrode Processes. V. 1. / Eds.: E. Yeager and A.J. Salkind. New York: Published by John Wiley & Sons Inc, 1972. 592 p.
  23. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1971. С. 255.
  24. Strahm U., Patel R.C., Matijevic E. // J. Phys. Chem. 1979. V. 83. № 13. P. 1689. doi: 10.1021/j100476a003
  25. Kim, M.S., Kim, C.H. and Sohn, Y.S. // J. of the Korean Chemical Society. 1975. V. 19. № 5. P. 325.
  26. Wilhelmy R.B., Patel R.C., Matijevic E. // Inorg. Chem. 1985. V. 24. № 20. P. 3290. doi: 10.1021/ic00214a039
  27. Филатова Н.Л., Вендило А.Г., Санду Р.А. // Журн. неорг. химии. 2012. Т. 57. № 9. С. 1355. [Filatova L.N., Vendilo A.G., Sandu R.A. // Russ. J. Inorg. Chem. 2012. V. 57. № 9. P. 1272. doi: 10.1134/S0036023612090057]
  28. Плэмбек Дж. Электрохимические методы анализа. Пер. с англ. М.: Мир, 1985. 496 с.
  29. Авдеев Я.Г., Андреева Т.Э. // Журн. физ. химии. 2022. Т. 96. № 2. C. 281.doi: 10.31857/S0044453722020030. [Avdeev Ya.G., Andreeva T.E. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2022. V. 96. № 2. P. 423. doi: 10.1134/S0036024422020030]
  30. Решетников С.М. Ингибиторы кислотной коррозии металлов. Л.: Химия, 1986. 144 с.
  31. Плесков Ю.В., Филиновский В.Ю. Вращающийся дисковый электрод. М: Наука, 1972. 344 с.
  32. Du C., Tan Q., Yin G., Zhang J. / In Rotating Electrode Methods and Oxygen Reduction Electrocatalysts. Eds. W. Xing, G. Yin, J. Zhang, Elsevier B.V. All rights reserved. 2014. P. 171. doi: 10.1016/B978-0-444-63278-4.00005-7.
  33. Jia Z., Yin G., Zhang J. / In Rotating Electrode Methods and Oxygen Reduction Electrocatalysts. Eds. W. Xing, G. Yin, J. Zhang, Elsevier B.V. All rights reserved. 2014. P. 199. doi: 10.1016/B978-0-444-63278-4.00006-9.
  34. Справочник химика. Т. 3. Химическое равновесие и кинетика. Свойства растворов. Электродные процессы. 2-е изд. / Под. ред. Б.П. Никольского. М.-Л.: Химия, 1965. С. 715.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Потенциалы платинового электрода в деаэрированных аргоном 2 M HCl (1), 1 M HCl + 1 М H3PO4 (2) и 2 M H3PO4 (3), содержащих х×0.1 М Fe(III) + (1–х)×0.1 М Fe(II), в зависимости от соотношения содержания Fe(III) и Fe(II) при t = 20 °C; 1—3 — экспериментальные данные, 4 — модель, построенная на основании уравнения (13).

Скачать (78KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Циклическая вольтамперограмма платинового электрода в деаэрированных аргоном растворах кислот, содержащих 0.1 М Fe(III), при скорости развертки потенциала 0.10 В с-1, t = 25 °C.

Скачать (72KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Поляризационные кривые стального диска Ст3 в 2 М HCl (a), 1 М HCl + 1 М H3PO4 (б), 2 М H3PO4 (в) в присутствии Fe(III) (моль/л): 1 — 0, 2 — 0.01, 3 — 0.02, 4 — 0.05, 5 — 0.10, n = 460 об./мин.

Скачать (141KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимости плотности катодного тока от частоты вращения стального диска Ст3 в 2 М HCl (a), 1 М HCl + 1 М H3PO4 (б), 2 М H3PO4 (в). Точки — экспериментальные данные; Е = –0.30 В, t = 25°C.

Скачать (141KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимости плотности катодного тока от частоты вращения стального диска Ст3 в 2 М HCl (a), 1 М HCl + 1 М H3PO4 (б), 2 М H3PO4 (в), построенные с поправкой на естественную конвекцию. Точки — экспериментальные данные; Е = –0.30 В, t = 25°C.

Скачать (136KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Моделирование зависимости плотности катодного тока от частоты вращения стального диска Ст3 в 2 М HCl (a), 1 М HCl + 1 М H3PO4 (б), 2 М H3PO4 (в) в присутствии Fe(III) (моль/л): 1 — 0, 2 — 0.01, 3 — 0.02, 4 — 0.05, 5 — 0.10. При построении зависимостей использованы значения коэффициентов диффузии катионов Fe(III), полученные из данных циклической вольтамперометрии Pt-электрода (см. табл. 2), t = 25°C.

Скачать (108KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимости скорости коррозии стали 08 пс в 2 М HCl (a, a’), 1 М HCl + 1 М H3PO4 (б, б’), 2 М H3PO4 (в, в’), содержащих Fe(III), от частоты вращения пропеллерной мешалки в коррозионной среде. Точки — экспериментальные данные; a, б, в — экспериментальные зависимости, a’, б’, в’ — зависимости, построенные с поправкой на естественную конвекцию коррозионной среды. Продолжительность опытов — 2 ч, t = 20±2°C.

Скачать (398KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025