corrosionprotectionПрактика противокоррозионной защитыTheory and Practice of Corrosion Protection1998-57382658-6797Association "CARTEC"10.31615/j.corros.prot.2020.97.3-2.corrosionprotection-54Research ArticleМАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОТИВОКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫMATERIALS AND EQUIPMENT FOR CORROSION PROTECTIONЭлектрохимическое исследование защиты углеродистой стали супергидрофобным покрытием в условиях 100%-ой влажности и наличия в воздухе стимуляторов коррозииElectrochemical study of carbon steel protection with a superhydrophobic coating under conditions of 100% humidity and the presence of corrosion stimulants in the airВигдоровичВ. И.VigdorovichV. I.

Вигдорович Владимир Ильич, д.х.н., профессор, Заслуженный деятель науки и техники РФ

г. Тамбов, Ново-рубежный пер., д. 8

г. Тамбов, ул. Советская, д. 106

Vladimir I. Vigdorovich, Doctor of Chemistry, Professor, Honored Worker of Science and Technology of the Russian Federation

28, Novo-Rubezhnyi st., Tambov

106, Sovetskaya st., Tambov

ЦыганковаЛ. Е.TsygankovaL. E.

Цыганкова Людмила Евгеньевна, д.х.н., профессор, зав. кафедрой

г. Тамбов, Ново-рубежный пер., д. 8

г. Тамбов, ул. Интернациональная, д. 33

Liudmila E. Tsygankova, Doctor of Chemistry, Professor, Head of Department

28, Novo-Rubezhnyi st., Tambov

33, Internatsyonalnaya st., Tambov

vits21@mail.ruУрядниковаМ. Н.UryadnikovaM. N.

Урядникова Марина Николаевна, к.х.н., доцент

г. Тамбов, ул. Интернациональная, д. 33

Marina N. Uryadnikova, PhD in Chemistry, assistant professor

33, Internatsyonalnaya st., Tambov

ШельН. В.ShelN. V.

Шель Наталья Владимировна, д.х.н., профессор

г. Тамбов, Ново-рубежный пер., д. 8

г. Тамбов, ул. Советская, д. 106

Natalia V. Shel, Doctor of Chemistry, Professor

28, Novo-Rubezhnyi st., Tambov

106, Sovetskaya st., Tambov

КнязеваЛ. Г.KnyazevaL. G.

Князева Лариса Геннадьевна, д.х.н., гл.н.c.

г. Тамбов, Ново-рубежный пер., д. 8

Larisa G. Knyazeva, Doctor of Chemistry, principal researcher

28, Novo-Rubezhnyi st., Tambov

АлехинаО. В.AlyokhinaO. V.

Алехина Ольга Владимировна, к.х.н., доцент

г. Тамбов, Ново-рубежный пер., д. 8

г. Тамбов, ул. Интернациональная, д. 33

Olga V. Alekhina, PhD in Chemistry, assistant professor

28, Novo-Rubezhnyi st., Tambov

33, Internatsyonalnaya st., Tambov

Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве; Тамбовский государственный технический университетРоссияInstitute of Use of Machinery and Oil Products; Tambov State Technical UniversityRussian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве; Тамбовский государственный университет имени Г.Р. ДержавинаРоссияInstitute of Use of Machinery and Oil Products; Derzhavin State UniversityRussian FederationТамбовский государственный университет имени Г.Р. ДержавинаРоссияDerzhavin State UniversityRussian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйствеРоссияInstitute of Use of Machinery and Oil ProductsRussian Federation2020290420232531726Copyright © Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е., Урядникова М.Н., Шель Н.В., Князева Л.Г., Алехина О.В., 20232023Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е., Урядникова М.Н., Шель Н.В., Князева Л.Г., Алехина О.В.Vigdorovich V.I., Tsygankova L.E., Uryadnikova M.N., Shel N.V., Knyazeva L.G., Alyokhina O.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.corrosion-protection.ru/jour/article/view/54

100%-ая влажность и наличие в воздухе таких стимуляторов коррозии, как СО2, NH3 и H2S, характерны для животноводческих помещений. В этих условиях на поверхности металлов формируется поверхностная фазовая пленка влаги, в которой растворяются указанные микропримеси воздуха и практически полностью гидратируются с образованием NH4OH и кислот H2CO3 и H2S. Методом потенциодинамической поляризации изучена коррозия и кинетика электродных процессов на стали с супергидрофобным покрытием в фоновом растворе NaCl (используемом для обеспечения достаточной электропроводности), насыщенном попарно СО2 и NH3, NH3 и H2S. Аналогичные исследования проведены с электродами без покрытия. Супергидрофобное покрытие получено на основе лазерного текстурирования поверхности с последующей гидрофобизацией фтороксисиланом (угол смачивания 165±2°, угол скатывания 3±1°). Рассмотрено влияние продолжительности экспозиции электродов в растворе (0,25…168 ч) на кинетику электродных процессов и скорость коррозии стали. В присутствии продуктов растворения СО2 и NH3 скорость коррозии электрода с супергидрофобным покрытием на вторые и третьи сутки экспозиции примерно на порядок, а на четвертые и седьмые – более, чем на порядок, ниже, чем без покрытия. В течение всего времени пребывания электродов в растворе анодный процесс на супергидрофобном электроде заторможен по сравнению с незащищенным электродом. Среда, содержащая продукты растворения NH3 и H2S, оказывается более агрессивной, чем предыдущий раствор. Поэтому скорость коррозии и электродов без покрытия, и с покрытием здесь выше, чем в последнем. Скорость коррозии электродов с супергидрофобным покрытием в исследуемый период лишь в 1,5…2,5 раза ниже, чем электродов без покрытия. В течение первых суток экспозиции анодный процесс заторможен, а в последующие 144 часа, наоборот, облегчен по сравнению с незащищенным электродом. С учетом коррозивности хлоридного раствора проанализировано возможное влияние продуктов растворения агрессивных микропримесей воздуха в отсутствие фоновой соли

100% humidity and the presence in the air of such corrosion stimulants as CO2, NH3 and H2S are characteristic of livestock buildings. Under these conditions, a surface phase film of moisture is formed on the surface of the metals in which the indicated micro-mixtures of air are dissolved and hydrated almost completely with the formation of NH4OH and acids H2CO3 and H2S. The potentiodynamic polarization method was used to study the corrosion and kinetics of electrode processes on steel with a superhydrophobic coating in a NaCl background solution (used to provide sufficient electrical conductivity) saturated in pairs with CO2 and NH3, NH3 and H2S. Similar studies were conducted with uncoated electrodes. Superhydrophobic coating was obtained on the basis of laser texturing of the surface with subsequent hydrophobization with fluoroxysilane (wetting angle 165±2°, rolling angle 3±1°). The influence of the duration of the exposure of the electrodes in solution (0,25…168 h) on the kinetics of electrode processes and the corrosion rate of steel is considered. In the presence of CO2 and NH3 dissolution products, the corrosion rate of an electrode with a superhydrophobic coating on the second and third days of exposure is about an order of magnitude, and on the fourth and seventh days it is more than an order of magnitude lower than without coating. During the entire time the electrodes are in solution, the anode process on the superhydrophobic electrode is inhibited compared to an unprotected electrode. The medium containing the dissolution products of NH3 and H2S is more aggressive than the previous solution. Therefore, the corrosion rate of the electrodes without coating and with a coating here is higher than in the latter one. The corrosion rate of electrodes with superhydrophobic coating in the study period is only 1,5…2,5 times lower than that of uncoated electrodes. During the first day of exposure, the anode process is inhibited, and in the next 144 hours, on the contrary, it is facilitated in comparison with an unprotected electrode. Taking into account the corrosivity of the chloride solution, the possible effect of the dissolution products of aggressive air micro-impurities in the absence of background salt was analyzed

стальсупергидрофобное покрытиеугол смачиваниякоррозиявлажностьаммиакоксид углерода (IV)сероводородпотенциодинамическая поляризацияsteelsuperhydrophobic coatingwetting anglecorrosionhumidityammoniacarbon dioxidehydrogen sulfidepotentiodynamic polarizationReferencesVigdorovich V.I., Tsygankova L.E., Shel N.V., Knyazeva L.G., Dorokhov A.V., Uryadnikov A.A. Protection of carbon steel against atmospheric corrosion by volatile inhibitors of IFKhAN series at high concentrations of CO2, H2S and NH3 // Int. J. Corros. Scale Inhib. – 2018. – V. 7, № 2. – C. 175-184. doi: 10.17675/2305-6894-2018-7-2-5.Vigdorovich, V. I., Tsygankova, L. E., Shel, N. V., Knyazeva, L. G., Dorokhov, A. V., & Uryadnikov, A. A. (2018). Protection of carbon steel against atmospheric corrosion by volatile inhibitors of IFHAN series at high concentrations of CO2, H2S and NH3. Int. J. Corros. Scale Inhib., 7(2), 175-184. doi: 10.17675/2305-6894-2018-7-2-5.Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е., Шель Н.В., Князева Л.Г., Урядников А.А., Дорохов А.В. Электрохимическая оценка защитной эффективности ингибитора ИФХАН-114 при атмосферной коррозии стали в условиях животноводческих помещений, содержащих повышенные концентрации CO2, NH3 и H2S // Коррозия: материалы, защита. – 2019. – № 1. – C. 22-26.Vigdorovich, V. I., Tsygankova, L. E., Shel, N. V., Knyazeva, L. G., Uryadnikov, A. A., & Dorokhov, A. V. (2019). Electrochemical assessment of the protective effectiveness of the IFHAN-114 inhibitor in atmospheric corrosion of steel in livestock buildings containing elevated concentrations of CO2, NH3 and H2S. Korroziya: materialy, zashchita, (1), 22-26.Бойнович Л.Б., Емельяненко А.М. Гидрофобные материалы и покрытия: принципы создания, свойства, применение // Успехи химии. – 2008. – Т. 77, № 7. – С. 619-638.Boinovich, L. B, Emelyanenko, A. M. (2008). Hydrophobic materials and coatings: principles of creation, properties, application. Uspekhi khimii, 77(7), 619-638.Boinovich L.B., Emelyanenko A.М. A wetting experiment as a tool to study the physicochemical processes accompanying the contract of hydrophobic and superhydrophobic materials with aqueous media // Adv. Colloid Interface Sci. – 2012. – V. 179. – P. 133-141.Boinovich, L., Emelyanenko, A. (2012). A wetting experiment as a tool to study the physicochemical processes accompanying the contract of hydrophobic and superhydrophobic materials with aqueous media. Adv. Colloid Interface Sci., (179), 133-141.Boinovich L.B., Emelyanenko K.A., Domantovsky A.G., Emelyanenko A.M. Laser tailoring the surface chemistry and morphology for wear, scale and corrosion resistant superhydrophobic coatings // Langmuir. – 2018. – V. 34, № 24. – P. 7059-7066.Boinovich, L. B., Emelyanenko, K. A., Domantovsky, A. G., & Emelyanenko, A. M. (2018). Laser tailoring the surface chemistry and morphology for wear, scale and corrosion resistant superhydrophobic coatings. Langmuir, 34(24), 7059-7066.Boinovich L.B., Gnedenkov S.V., Alpysbaeva D.A., Egorkin V.S. Emelyanenko A.M., Sinebryukhov S.L., Zaretskaya A.K. Corrosion resistance of composite coatings on low-carbon steel containing hydrophobic and superhydrophobic layers in combination with oxide sublayers // Corros. Sci. – 2012. – V. 55. – P. 238-245.Boinovich, L. B., Gnedenkov, S. V., Alpysbaeva, D. A., Egorkin, V. S., Emelyanenko, A. M., Sinebryukhov, S. L., & Zaretskaya, A. K. (2012). Corrosion resistance of composite coatings on low-carbon steel containing hydrophobic and superhydrophobic layers in combination with oxide sublayers. Corros. Sci., (55), 238-245.Алпысбаева Д.А., Вершок Д.Б., Емельяненко А.М., Батищев О.В., Кузнецов Ю.И., Бойнович Л.Б. Супергидрофобизация низкоуглеродистой стали с конверсионными покрытиями // Коррозия: материалы, защита. – 2013. – № 8. – С. 42-47.Alpysbaeva, D. A., Vershok, D. B., Emelyanenko, A. M., Batishchev, O. V., Kuznetsov, Yu. I., & Boinovich, L. B. (2013). Superhydrophobization of mild steel with conversion coatings. Korroziya: materialy, zashchita, (8), 42-47.Emelyanenko K.A., Sanzharovsky N.A., Chulkova E.V., Ganne A.A., Emelyanenko A.M., Boinovich L.B. Superhydrophobic corrosion resistant coatings for copper via IR nanosecond laser processing // Materials Research Express. – 2018. – V. 5, № 11. – Article ID 115001.Emelyanenko, K. A., Sanzharovsky, N. A., Chulkova, E. V., Ganne, A. A., Emelyanenko, A. M., & Boinovich, L. B. (2018) Superhydrophobic corrosion resistant coatings for copper via IR nanosecond laser processing. Materials Research Express, 5(11), Article ID 115001.Hua Z., Yang J., Wang T., Liu G., Zhang G. Transparent surface with reversibly switchable wettability between superhydrophobicity and superhydrophilicity // Langmuir. – 2013. – V. 29. – P. 10307-10312.Hua, Z., Yang, J., Wang, T., Liu, G., & Zhang, G. (2013). Transparent surface with reversibly switchable wettability between superhydrophobicity and superhydrophilicity. Langmuir, (29), 10307-10312.Wang G., Zhang T.Y. Easy route to the wettability cycling of copper surface between syperhydrophobicity and superhydrophilicity // ACS Appl. Mater. Interfaces. – 2012. – V. 4. – P. 273-279.Wang, G., Zhang, T. Y. (2012). Easy route to the wettability cycling of copper surface between syperhydrophobicity and superhydrophilicity. ACS Appl. Mater. Interfaces, (4), 273-279.Patra S., Sarkar S., Bera S.K., Paul G.K., Ghoch R. Influence of surface topography and chemical structure on wettability of electrodeposited ZnO thin films // Appl. Phys. – 2010. – V. 108. – P. 083507-083512.Patra, S., Sarkar, S., Bera, S.K., Paul, G.K., & Ghoch, R. (2010). Influence of surface topography and chemical structure on wettability of electrodeposited ZnO thin films. Appl. Phys., (108), 083507-083512.Вигдорович В.И., Шель Е.Ю., Цыганкова Л.Е., Шель Н.В., Урядников А.А. Влияние концентрации ионов водорода на кинетику парциальных электродных реакций на стали с супергидрофобной поверхностью в кислых хлоридных средах // Коррозия: материалы, защита. – 2017. – № 4. – С. 1-11.Vigdorovich, V. I., Shel, E. Yu., Tsygankova, L. E., Shel, N. V., & Uryadnikov, A. A. (2017) Effect of the concentration of hydrogen ions on the kinetics of partial electrode reactions on steels with a superhydrophobic surface in acid chloride environments. Korroziya: materialy, zashchita, (4), 1-11.Boinovich L.B., Emelyanenko A.M., Modestov A.D., Domantovsky A.G., Emelyanenko K.A. Not simply repel water: the diversified nature of corrosion protection by superhydrophobic coatings // Mendeleev Communications. – 2017. – V. 27, № 3. – P. 254-256.Boinovich, L. B., Emelyanenko, A. M., Modestov, A. D., Domantovsky, A. G., & Emelyanenko, K. A. (2017). Not simply repel water: the diversified nature of corrosion protection by superhydrophobic coatings. Mendeleev Communications, 27(3), 254-256.Ou J., Liu M., Li W., Xue M., Li C. Corrosion behavior of superhydrophobic surfaces of Ni alloys in NaCl solutions // Appl. Surf. Sci. – 2012. – V. 258. – P. 4724-4728.Ou, J., Liu, M., Li, W., Xue, M., & Li, C.(2012) Corrosion behavior of superhydrophobic surfaces of Ni alloys in NaCl solutions. Appl. Surf. Sci., (258), 4724-4728.Abelev E., Ramanarayanan T.A., Bernasek S.L. Iron corrosion in CO2/brine at low H2S concentrations: an electrochemical and surface science study // J. Electrochem. Soc. – 2009. – V. 156, № 9. – P. C331-C339.Abelev, E., Ramanarayanan, T.A., & Bernasek, S.L. (2009). Iron corrosion in CO2/brine at low H2S concentrations: an electrochemical and surface science study. J. Electrochem. Soc., 156(9), C331-C339.Цыганкова Л.Е., Альшика Н., Костякова А.А. Исследование ингибирования серводородной коррозии стали в синтетической пластовой воде комплексным методом // Практика противокоррозионной защиты. – 2019. – Т. 24, № 3. – С. 14-21. doi: 10.31615/j. corros.prot.2019.93.3-2Tsygankova, L. E., Alshikha, N., & Kostyakova, A. A. (2019). Study of the inhibition of hydrogen sulfide corrosion of steel in synthetic stratum water using the complex method. Theory and Practice of Corrosion Protection, 24(3), 14-21. doi: 10.31615/j.corros.prot.2019.93.3-2

The authors declare that there are no conflicts of interest present.