Определение коррозионных характеристик в координатах Нейквиста при защите поверхности стали латексами

Цель – исследование коррозионного процесса на образцах стали Ст3, защищенных латексным покрытием 69Б-2к, выпускаемым ООО «Капитель» (г. Иркутск). В исследованиях применялся метод электрохимической импедансной спектроскопии образцов стали с нанесенным трехкратно покрытием из латекса с помощью потенциостата-гальваностата PGSTAT302+FRA2, оснащенного программным обеспечением NOVA 1.8. Коррозионные исследования проводили при термостатировании (25±0,2°С) рабочего пространства. Для определения скорости коррозии были проведены гравиметрические испытания с фиксированием изменений массы образцов за контролируемый промежуток времени (до 10 ч). В качестве электролита использовали 3% раствор хлорида натрия. Показано, что для описания механизма коррозионного процесса в большинстве случаев приемлемым оказывается использование эквивалентной электрохимической схемы с элементами Варбурга и Cotangent Hyperbolic, моделирующей протекание реакции на границе электрод-электролит. По результатам визуальных, гравиметрических и электрохимических исследований показано, что для поверхности стали Ст3 с покрытием из латекса 69Б-2к длительное время импеданс почти не изменяется. Очевидно, что поверхностный процесс связан с лимитирующей стадией диффузии растворителя через защитный слой. При этом электрохимически определенная скорость коррозии невелика и составила ~ 0,164 мм/год (для контрольных образцов – 0,75 мм/год). Таким образом, проведенные исследования подтвердили достаточно высокие защитные качества латекса 69Б-2к. Коррозионные показатели латекса связаны с его составом, компоненты которого не только обладают хорошими адгезионными качествами, но и активны по отношению к другим взаимодействиям, таким как химические взаимодействия компонентов между собой и с кристаллитами на поверхности металлов. По результатам экспериментальных исследований разработана эквивалентная электрическая схема. Модельный расчет, проведенный на ее основе, позволяет описывать экспериментальную кривую в координатах Нейквиста практически полностью.

1. Шинкарева Е.В., Кошевар В.Д. Антикоррозионная грунтовка на основе водной эпоксидной эмульсии и углеродных наночастиц // Журнал прикладной химии. 2016. Т. 89. № 1. С. 68–76.

2. Смирнов М.А., Соколова М.П., Дмитриев И.Ю., Власова Е.Н., Розова Е.Ю., Ельяшевич Г.К. Барьерные свойства и структура неорганических слоев на границе раздела полианилин-сталь // Журнал прикладной химии. 2015. Т. 88. № 7. С. 1007–1082.

3. Яковлева А.А., Анциферов Е.А., Гусева Е.А., Садловский С.В. Влияние защитного покрытия на основе органического связующего на коррозионную устойчивость стали // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. Т. 9. № 4. С. 600–611. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-600-611

4. Стойнов З.Б., Графов Б.М., Саввова-Стойнова Б.С., Елкин В.В. Электрохимический импеданс. М.: Изд-во «Наука», 1991. 336 с.

5. Barsoukov E., Macdonald J.R. Impedance spectroscopy: theory, experiment, and applications / еds. E. Barsoukov, J.R. Macdonald. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, 2005. 608 p.

6. Kelly R.G., Scully J.R., Shoesmith D.W., Buchheit R.G. Electrochemical techniques in corrosion science and engineering. New York; Basel: Marcel Dekker, 2002.

7. Orazem M.E. Electrochemlcal impedance spectroscopy. Gainesville, Florida: Department of Chemical Engineering University of Florida, 2008. 525 р.

8. Секушин Н.А. Способ представления экспериментальных данных по импеданс спектроскопии // Электрохимия. 2009. Т. 45. № 11. С. 1403–1408.

9. Секушин Н.А. Эквивалентная схема импеданса Варбурга // Электрохимия. 2009. Т. 45. № 7. С. 889–894.

10. Рыбалка К.В., Бекетаева Л.А., Давыдов А.Д. Оценка скорости коррозии стали AISI 1016 анализом поляризационных кривых и методом измерения омического сопротивления // Электрохимия. 2021. Т. 57. № 1. С. 19–24. https://doi.org/10.31857/S0424857021010096

11. Вольфкович Ю.М. Электрохимические суперконденсаторы (обзор) // Электрохимия. 2021. Т. 57. № 4. С. 197–238. https://doi.org/10.31857/S0424857021040101

12. Клюев А.П., Андреев В.Н., Давыдов А.Д., Графов Б.М. Исследование влияния ингибитора на коррозионное поведение стали методом шумовой спектроскопии Чебышева и методом спектроскопии электрохимического импеданса // Электрохимия. 2020. Т. 56. № 12. С. 1131–1137. https://doi.org/10.31857/S0424857020120099

13. Чулкин П.В., Рагойша Г.А., Стрельцов Е.А. Исследование электрохимической коррозии и защиты платины в концентрированных растворах хлоридов щелочных металлов методом потенциодинамической наногравиметрии // Электрохимия. 2017. Т. 53. № 1. С. 3–10. https://doi.org/10.7868/s0424857017010042

14. Тран М.Т.Т., Триболле Б., Вивиьер В., Оразем М.Е. Импеданс реакций, контролируемых массопереносом // Электрохимия. 2017. Т. 53. № 9. С. 1046–1055 https://doi.org/10.7868/S0424857017090055

15. Вэй Ё.-Ж., Сиа Д.-Х., Сон Ш.-Ж. Обнаружение коррозионного растрескивания в нержавеющей стали 304 NG в подкисленном растворе NаCl с использованием электрохимических шумов, теории хаоса и вейлвет-анализа // Электрохимия. 2016. Т. 52. № 6. С. 627– 642. https://doi.org/10.7868/S0424857016060128

16. Григорян Н.С., Абрашов А.А., Ваграмян Т.А., Костюк А.Г. Пассивация черных и цветных металлов в растворе на основе сложных эфиров галловой кислоты // Химия и технология органических веществ. 2017. № 4. С. 55–63.

17. Costa J.S., Agnoli R.D., Ferreira J.Z. Corrosion behavior of a conversion coating based on zirconium and colorants on galvanized steel by electrodeposition // Tecnologia em Metalurgia Materiais e Mineração. 2015. Vol. 12. Nо. 2. P. 167–175. https://doi.org/10.4322/2176-1523.0852

18. Katsounaros I., Cherevko S., Zeradjanin A.R., Mayrhofer K.J.J. Oxygen electrochemistry as a cornerstone for sustainable energy conversion // Angewandte Chemie. 2014. Vol. 53. Iss. 1. P. 102–121. https://doi.org/10.1002/anie.201306588

19. Gotti G., Evrard D., Fajerwerg K., Gros P. Oxygen reduction reaction features in neutral media on glassy carbon electrode functionalized by chemically prepared gold nanoparticles // Journal of Solid State Electrochemistry. 2016. Vol. 20. No. 6. P. 1539–1550. https://doi.org/10.1007/s10008-016-3159-x

20. Щербаков В.В., Артемкина Ю.М., Ермаков В.И. Диэлектрические характеристики воды и электропроводность водных растворов электролитов // Электрохимия. 2017. Т. 53. № 12. С. 1479–1486. https://doi.org/10.7868/S0424857017120015

21. Xia Da-Hai, Behnamian Ya. Electrochemical noise: a review of experimental setup, instrumentation and DC removal // Russian Journal of Electrochemistry. 2015. Vol. 51. Iss. 7. P. 593–601. https://doi.org/10.1134/S1023193515070071

22. Breimesser M., Ritter S., Seifert H.P., Suter T., Virtanen S. Development of time-frequency analysis in electrochemical noise for detection of pitting corrosion // Corrosion. The Journal of Science & Engineering. 2019. Vol. 75. Iss. 2. P. 183–191. https://doi.org/10.5006/2900

23. Ньюман Дж. Вязкий подслой // Электрохимия. 2020. Т. 56. № 3. С. 282–288. https://doi.org/10.31857/S0424857020030093

24. Мартемьянов С.А. Статистическая теория турбулентного массопереноса в электрохимических системах // Электрохимия. 2017. Т. 53. № 10. С. 1212–1224. https://doi.org/10.7868/S0424857017100024

25. Ehsani A., Mahjani M.G., Hosseini M., Safari R., Moshrefi R., Shiri H.M. Evaluation of thymus vulgaris plant extract an eco-friendly corrosion inhibitor for stainless steel 304 in acidic solution by mean of electrochemical impedance spectroscopy, electrochemical noise analysis and density functional theory // Journal Colloid and Interface Science. 2017. Vol. 490. P. 444–451. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2016.11.048

26. Luo Bing, Xia Da-Hai. Characterization of pH effect on corrosion resistance of nuclear steam generator tubing alloy by in-situ scanning electrochemical microscopy // Acta Physico-Chimica Sinica. 2014. Vol. 30. No. 1. P. 59–66. https://doi.org/10.3866/PKU.WHXB201311221

27. Hermoso-Diaz I.A., Gonzalez-Rodrigues J.G., Uruchuru-Chavarin J. Use of EIS and electrochemical noise fractal analysis to study Salvia hispanica as green corrosion inhibitor for carbon steel // International Journal of Electrochemical Science. 2016. Vol. 11. P. 4253–4266. https://doi.org/10.20964/2016.06.47