Локализация реакций формирования защитных гетерополиядерных комплексов в толще оксидно-гидроксидных пассивирующих пленок на поверхности низкоуглеродистой стали

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии с послойным травлением ионами Ar+ исследованы закономерности формирования пассивирующих пленок на поверхности низкоуглеродистой стали в присутствии ингибиторов коррозии тридекагидрата нитрилотрис(метиленфосфонато)цинката тетранатрия Na4[Zn{N(CH2PO3)3}]∙13H2O и гептагидрата нитрилотрис(метиленфосфонато)аквакадмата тетранатрия Na4[Cd(H2O){N(CH2(PO3)3}]∙7H2O. Установлены состав и строение пленок, пространственная локализация процессов взаимодействия ионов ингибиторов с ионами железа, сопутствующих процессов и продуктов этих взаимодействий в толще пленок. Потенциодинамическим методом проведена оценка защитных свойств пассивирующих пленок и противокоррозионные свойства ингибиторов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. С. Казанцева

Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук

Email: chaus@udman.ru
ORCID iD: 0000-0003-4556-3854
Россия, 426067, Ижевск

Ф. Ф. Чаусов

Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: chaus@udman.ru
ORCID iD: 0000-0003-4950-2370
Россия, 426067, Ижевск

Н. В. Ломова

Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук

Email: chaus@udman.ru
ORCID iD: 0000-0002-6568-4736
Россия, 426067, Ижевск

В. Л. Воробьев

Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук

Email: chaus@udman.ru
ORCID iD: 0000-0002-9401-0802
Россия, 426067, Ижевск

Н. Ю. Исупов

Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук

Email: chaus@udman.ru
ORCID iD: 0000-0002-2515-8117
Россия, 426067, Ижевск

Список литературы

  1. Кузнецов Ю.И. // Усп. хим. 2004. Т. 73. С. 79; Kuznetsov Yu.I. // Russ. Chem. Rev. 2004. Vol. 73. N 1. doi: 10.1070/RC2004v073n01ABEH000864
  2. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия, 1976. 472 с.
  3. Князева Л.Г. Автореф. дис. … докт. хим. наук. Тамбов, 2012. 49 с.
  4. Vigdorovitch V.I., Tsygankova L.E., Vigdorowitsch M., Shel N.V., Knyazeva L.G. // Port. Electrochim. Acta. 2021. Vol. 39. P. 335. doi: 10.4152/pea.2021390503
  5. Зарапина И.В., Осетров А.Ю., Жиркова Ю.В. // Успехи в химии и химической технологии. 2023. Т. 37. № 2. С. 47.
  6. Кузнецов Ю.И., Раскольников А.Ф. // Защита металлов. 1992. Т. 28. № 2. С. 249.
  7. Shaban A., Kalman E., Biczо I. // Corros. Sci. 1993. Vol. 35. N 5–8. P. 1463. doi: 10.1016/0010-938X(93)90372-N
  8. Gonzalez Y., Lafont M.C., Pebere N., Moran F.A. // J. Appl. Electrochem. 1996. Vol. 26. P. 1259. doi: 10.1007/BF00249928
  9. Felhosi I., Keresztes Zs., Kármán F.H., Mohai M., Bertóti I., Kálmánz E. // J. Electroch. Soc. 1999. Vol. 146. N 3. P. 961. doi: 10.1149/1.1391706
  10. Rajendran S., Appa Rao B.V., Palaniswamy N. // Anti-Corros. Methods Mater. 2000. Vol. 47. N 2. P. 83. doi: 10.1108/00035590010316430
  11. Demadis K.D., Katarachia S.D., Koutmos M. // Inorg. Chem. Commun. 2005. N 8. P. 254. doi 10.1016/ j.inoche.2004.12.019
  12. Demadis K.D., Manzaridis C., Raptis R.G., Mezei G. // Inorg. Chem. Commun. 2005. N 44. P. 4469. doi: 10.1021/ic050572q
  13. Muthumani N., Rajendran S., Pandiarajan M., Lydia Christy J., Nagalakshm R. // Port. Electrochim. Acta. 2012. Vol. 30. P. 307. doi: 10.4152/pea.201205307
  14. Prabakaran M., Vadivu K., Ramesh S., Periasamy V. // Egypt. J. Petrol. 2014. V.23. P. 367. doi 10.1016/ j.ejpe.2014.09.004.
  15. Кузнецов Ю.И. // Защита металлов. 2002. Т. 38. № 2. С. 122; Kuznetsov Yu.I. // Protect. Metals. Vol. 38. N 2. P. 103. doi: 10.1023/A:1014904830050.
  16. Кузнецов Ю.И., Андреев Н.Н., Маршаков А.И. // ЖФХ. 2020. T. 94. № 3. С. 381; Kuznetsov Y.I., Andreev N.N., Marshakov A.I. // Russ. J. Phys. Chem. (A). 2020. Vol. 94. N 3. P. 505. doi: 10.31857/S0044453720030152
  17. Telegdi J., Shaglouf M.M., Shaban A., Kármán F.H., Betróti I., Mohai M., Kálmán E. // Electrochim. Acta. 2001. Vol. 46. P. 3791. doi: 10.1016/S0013-4686(01)00666-1
  18. Chausov F.F., Kazantseva I.S., Reshetnikov S.M., Lomova N.V., Maratkanova A.N., Somov N.V. // ChemistrySelect. 2020. Vol. 5. P. 13711. doi: 10.1002/slct.202003255
  19. Somov N., Chausov F. CCDC 919565: Experimental Crystal Structure Determination, 2014. doi: 10.5517/cczvwd2
  20. Chausov F.F., Kazantseva I.S., Reshetnikov S.M., Lomova N.V., Maratkanova A.N., Somov N.V. CCDC 2036586: Experimental Crystal Structure Determination, 2020. doi: 10.5517/ccdc.csd.cc26c7b5
  21. Сомов Н.В., Чаусов Ф.Ф. // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 1. С. 71. doi: 10.7868/S0023476113050123; Somov N.V., Chausov F.F. // Crystallogr. Rep. 2014. Vol. 59. N 1. P. 66. doi: 10.1134/S1063774513050118
  22. Чаусов Ф.Ф., Сомов Н.В., Закирова Р.М., Алалыкин А.А., Решетников С.М., Петров В.Г., Александров В.А., Шумилова М.А. // Изв. АН. Серия физ. 2017. Т 81. № 3. С. 394. doi: 10.7868/S0367676517030085; Chausov F.F., Somov N.V., Zakirova R.M., Alalykin A.A., Reshetnikov S.M, Petrov V.G., AleksandrovV.A., Shumilova M.A. // Bull. Russ. Acad. Sci. Physics. 2017. Vol. 81. N 3. P. 365. doi: 10.3103/S106287381703008X
  23. Chausov F.F., Somov N.V., Zakirova R.M., Alalykin A.A., Кeshetnikov S.M., Petrov V.G., Aleksandrov V.A., Shumilova M.A. CCDC 1849911: Experimental Crystal Structure Determination, 2018. doi: 10.5517/ccdc.csd.cc202zkn
  24. Chausov F.F., Somov N.V., Zakirova R.M., Alalykin A.A., Кeshetnikov S.M., Petrov V.G., Aleksandrov V.A., Shumilova M.A. CCDC 1850041: Experimental Crystal Structure Determination, 2018. doi: 10.5517/ccdc.csd.cc2033r0
  25. Chausov F.F., Lomova N.V., Dobysheva L.V., Somov N.V., Ul’yanov A.L., Maratkanova A.N., Kholzakov A.V., Kazantseva I.S. // J. Solid State Chem. 2020. Vol. 286. Article no. 121324. doi: 10.1016/j.jssc.2020.121324
  26. Чаусов Ф.Ф., Ульянов А.Л., Казанцева И.С., Добышева Л.В. // Физика металлов и металловедение. 2023. Т. 124. № 1. С. 36. doi: 10.31857/S0015323022601416
  27. Dobysheva L.V., Chausov F.F., Lomova N.V. // Mater. Today Commun. 2021. Vol. 29. P. 102892. doi 10.1016/ j.mtcomm.2021.102892
  28. Cordero B., Gómez V., Platero-Prats A.E., Revés M., Echeverria J., Cremades E., Barragan F., Alvarez S. // Dalton Trans. 2008. Vol. 21. P. 2832. doi: 10.1039/b801115j.
  29. Kazantseva I.S., Chausov F.F., Lomova N.V., Vorob’yov V.L., Maratkanova A.N. // Mater. Today Commun. 2022. Vol. 32. Article no. 104022. doi 10.1016/ j.mtcomm.2022.104022.
  30. Kuznetsov Yu.I., Redkina G.V. // Coatings. 2022. Vol. 12. N 2. Article no. 149. doi: 10.3390/coatings12020149.
  31. Чаусов Ф.Ф., Ломова Н.В., Сомов Н.В., Решетников С.М., Воробьев В.Л., Казанцева И.С. // Изв. АН. Cер. физ. 2020. Т. 84. № 9. С. 1313. doi: 10.31857/S0367676520090112; Chausov F.F., Lomova N.V., Somov N.V., Reshetnikov S.M., Vorob’yov V.L., Kazantseva I.S. // Bull. Russ. Acad. Sci. Physics. 2020. Vol. 84. N 9. P. 1119. doi: 10.3103/S1062873820090117
  32. Жилин И.А., Чаусов Ф.Ф., Ломова Н.В., Казанцева И.С., Исупов Н.Ю., Аверкиев И.К. // ЖПХ. 2023. Т. 96. № 2. С. 184. doi: 10.31857/S004446182302007X; Zhilin I.A., Chausov F.F., Lomova N.V., Kazantseva I.S., Isupov N.Yu., Averkiev I.K. // Russ. J. Appl. Chem. 2023. Vol. 96. N 2. P. 176. doi: 10.1134/S1070427223020089
  33. Сомов Н.В., Чаусов Ф.Ф., Казанцева И.С., Ломова Н.В., Бельтюков А.Н., Шумилова М.А., Суксин Н.Е., Ульянов А.И. // Кристаллография. 2023. Т. 68. № 2. С. 246. doi: 10.31857/S0023476123020169; Somov N.V., Chausov F.F., Kazantseva I.S., Lomova N.V., Bel’tukov A.N., Shumilova M.A., Suksin N.E., Ul’yanov A.I. // Crystallogr. Rep. 2023. Vol. 68. N 2. P. 259. doi: 10.1134/S1063774523020165
  34. Анализ поверхности методами оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии / Под ред. Д. Бриггса, М.П. Сиха. М.: Мир, 1987. 598 с.
  35. Lange’s Handbook of Chemistry / Ed. J.A. Dean. New York: McGraw-Hill, 1998. 1424 p.
  36. Xu L., Wu P., Zhu X., Zhao G., Ren X., Wei Q., Xie L. // Corros. Sci. Vol. 207. Article no. 110563. doi 10.1016/ j.corsci.2022.110563.
  37. McIntyre N.S., Zetaruk D.G. // Anal. Chem. 1977. Vol. 49. P. 1521. doi: 10.1021/ac50019a016
  38. Кузнецов Ю.И., Раскольников А.Ф. // Защита металлов. 1992. Т. 28. № 5. С. 707.
  39. Казанцева И.С., Чаусов Ф.Ф., Ломова Н.В., Воробьев В.Л. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2023. Т. 59. № 3. С. 330. doi: 10.31857/S0044185623700389; Kazantseva I.S., Chausov F.F., Lomova N.V., Vorob’yov V.L. // Protect. Met. Phys. Chem. Surf. 2023. Vol. 59. N 3. P. 493. doi: 10.1134/S2070205123700454
  40. Holmes W. // Anatom. Rec. 1943. Vol. 86. P. 157. doi: 10.1002/ar.1090860205
  41. Shirley D.A. // Phys. Rev. (B). 1972. Vol. 5. P. 4709. doi: 10.1103/PhysRevB.5.4709
  42. Wojdyr M. // J. Appl. Crystallogr. 2010. Vol. 43. P. 1126. doi: 10.1107/S0021889810030499

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Основные структурные фрагменты (а–в) и РФЭ-спектры P2p (г–ж) соединений ZnNTP (a, г), CdNTP (б, д), FeZnNTP (в, е) и FeCdNTP (в, ж). Атомы водорода не показаны для ясности. Кривые 1 соответствуют спектрам исходных эталонных соединений со структурой (a–в); кривые 2 относятся к спектрам соответствующих соединений после травления ионами Ar+ с энергией 1000 эВ в течение 5 мин.

Скачать (365KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Фрагменты РФЭ-спектров, измеренных при комнатной температуре (а) и в условиях термического воздействия на образец in situ (б), с поверхности образца стали Ст3кп, подвергнутого поляризации в боратно-борнокислом буферном растворе (рН = 7.4) при Е = 0.5 В.

Скачать (106KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Спектры Fe2p3/2-электронов, измеренные при послойном травлении поверхности образца стали Ст3кп, подвергнутого поляризации при потенциале Е = 0.5 В в боратно-борнокислом буферном растворе (рН = 7.4).

Скачать (119KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Наиболее характерные фрагменты РФЭ-спектров образцов стали Ст3кп, поляризованных в боратно-борнокислом буферном растворе (рН = 7.4) при Е = 0.5 В с добавлением 5 г/л ZnNTP (а), 1 г/л CdNTP (б).

Скачать (183KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры P2p-электронов, измеренные при послойном травлении поверхности образцов стали Ст3кп, поляризованных при потенциале Е = 0.5 В в боратно-борнокислом буферном растворе (рН = 7.4), содержащем 5 г/л ZnNTP (а), 1 г/л CdNTP (б).

Скачать (228KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Атомная доля фосфора, входящего в состав исходных ингибиторов ZnNTP, CdNTP, и гетерометаллических комплексов FeZnNTP, FeCdNTP, в зависимости от глубины травления δ пассивных пленок, сформированных на образцах стали Ст3кп в боратно-борнокислом буферном растворе (pH = 7.4) при потенциале E = 0.5 В с добавками 5 г/л ZnNTP или 1 г/л CdNTP.

Скачать (79KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Профили элементного состава поверхностных слоев образцов стали Ст3кп, подвергнутых поляризации при потенциале Е = 0.5 В в боратно-борнокислом буферном растворе (рН = 7.4), содержащем 5 г/л ZnNTP (а, б) и 1 г/л CdNTP (в, г).

Скачать (192KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Анодные поляризационные кривые, измеренные для образцов стали Ст3кп в боратно-борнокислом буферном растворе (pH = 7.4) с добавками различных концентраций ингибиторов ZnNTP (а) и CdNTP (б); цифры на кривых обозначают концентрацию ингибиторов в г/л.

Скачать (175KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Микрофотографии поверхности образцов стали Ст3кп, поляризованных в боратно-борнокислом буферном растворе (рН = 7.4) с добавкой 5 г/л ZnNTP при потенциале E = –0.1 В (а, б) и с добавкой 1 г/л CdNTP при потенциале E = 0.5 В (в, г).

Скачать (415KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Схема формирования и строения пассивирующих пленок на поверхности стали в боратно-борнокислом буферном растворе, содержащем ZnNTP (а) и CdNTP (б).

Скачать (380KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024