Kinetics of the reaction of hydrogen evolution on steel in inhibited phosphoric acid solutions

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The kinetics was studied and the constants of the main stages of hydrogen separation and incorporation into steel in a solution of phosphoric acid containing a mixture of 1,2,4 triazole derivative IFKhAN-92 and KNCS were determined. The addition of IFKhAN-92 + KNCS mixture inhibits the reaction of cathodic reduction of hydrogen and its penetration into steel in H3PO4 solution. The inhibitory effect of this mixture is due to a decrease in the ratio of the hydrogen concentration in the metal phase to the degree of hydrogen filling of the surface. The decrease in the hydrogen concentration in the metal volume by the IFKhAN-92 + KNCS mixture determines the preservation of the plastic properties of steel during corrosion in H3PO4 solutions. The high efficiency of the IFKhAN-92 + KNCS composition, as inhibitors of cathodic reduction of hydrogen and its absorption, is the result of chemisorption of the organic component of the mixture on the surface of steel and the formation of a polymolecular protective layer.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Ya. G. Avdeev

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: avdeevavdeev@mail.ru
Russian Federation, Moscow

T. A. Nenasheva

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: avdeevavdeev@mail.ru
Russian Federation, Moscow

A. Yu. Luchkin

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: avdeevavdeev@mail.ru
Russian Federation, Moscow

A. V. Panova

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: avdeevavdeev@mail.ru
Russian Federation, Moscow

A. I. Marshakov

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: avdeevavdeev@mail.ru
Russian Federation, Moscow

Yu. I. Kuznetsov

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: avdeevavdeev@mail.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. B.N. Popov, J.-W. Lee, M.B. Djukic. Handbook of Environmental Degradation of Materials (Third Edition). Elsevier Inc. 133 (2018). https://doi.org/10.1016/B978-0-323-52472-8.00007-1
  2. R.A. Cottis. Shreir’s Corrosion, Elsevier. 902 (2010). https://doi.org/10.1016/B978-044452787-5.00200-6
  3. E. Ohaeri, U. Eduok, J. Szpunar. Inter. J. Hydrogen Energy. 43(31), 14584 (2018). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.06.064
  4. J. Aromaa, A. Pehkonen, S. Schmachtel et al. Adv. Mater. Sci. Eng. 2018, Article ID 3676598 (2018). https://doi.org/10.1155/2018/3676598
  5. E.I. Rudenko, N.V. Dohlikova, A.K. Gatin et al. Russ. J. Phys. Chem. B, 17(4), 845 (2023). https://doi.org/10.1134/S1990793123040164
  6. N.V. Dokhlikova, S.A. Ozerin, S.V. Doronin et al. Russ. J. Phys. Chem. B, 16(3), 461 (2022). https://doi.org/10.1134/S1990793122030137
  7. N.V. Dokhlikova, A.K. Gatin, S.Yu. Sarvadiy et al. Russ. J. Phys. Chem. B, 15(4), 732 (2021). https://doi.org/10.1134/S1990793121040023
  8. N.V. Dokhlikova, A.K. Gatin, S.Yu. Sarvadiy et al. Russ. J. Phys. Chem. B, 16(2), 361 (2022). https://doi.org/10.1134/S1990793122020166
  9. N.V. Dokhlikova, A.K. Gatin, S.Yu. Sarvadii et al. Russ. J. Phys. Chem. B, 14(5), 733 (2020). https://doi.org/10.1134/S1990793120050036
  10. V.I. Vigdorovich, L.E. Tsygankova, D.V. Balybin et al. J. Electroanalytical Chem. 689, 117 (2013). https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2012.10.021
  11. V.I. Vigdorovich, L.E. Tsygankova, D.V. Balybin. J. Electroanalytical Chem. 653(1-2), 1 (2011). https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2011.01.026
  12. M.G. Silva, R.G. de Araujo, R.L. Silvério. J. Mater. Res. Technol. 16, 1324 (2022). https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.12.068
  13. S. Hari Kumar, S. Karthikeyan, P.A. Vivekanand et al. Mater. Today: Proc. 36(4), 898 (2021). https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.07.027
  14. S. Hari Kumar, P.A. Vivekanand, V. Shobana et al. Res. J. Chem. Sci. 2(10), 87 (2012).
  15. S. Karthikeyan, P.A. Jeeva, K. Raja et al. JCSE 18, 8 (2015).
  16. V.I. Vigdorovich, L.E. Tsygankova, D.V. Balybon. Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 47, 684 (2011). https://doi.org/10.1134/S2070205111050236
  17. P.A. Jeeva, G.S. Mali, R. Dinakaran et al. Int. J. Corros. Scale Inhib. 2019. V. 8. № 1. P. 1. https://doi.org/10.17675/2305-6894-2019-8-1-1
  18. M. Shyamala, P.K. Kasthuri. Int. J. Corros. 2012, Article ID 852827 (2012). https://doi.org/10.1155/2012/852827
  19. Ya.G. Avdeev, T.A. Nenasheva, A.Yu. Luchkin et al. Russ. J. Phys. Chem. B, 18, 111 (2024). https://doi.org/10.1134/S1990793124010044
  20. Ya.G. Avdeev, Yu.I. Kuznetsov. Int. J. Corros. Scale Inhib. 12(2), 366 (2023). https://doi.org/10.17675/2305-6894-2023-12-2-1
  21. A.V. Kuzin, I.G. Gorichev, V.A. Shelontsev et al. Moscow Univ. Chem. Bull., 76, 398 (2021). https://doi.org/10.3103/S0027131421060055
  22. A.V. Kuzin, I.G. Gorichev, Y.A. Lainer. Russ. Metall. 2013, 652 (2013). https://doi.org/ 10.1134/S0036029513090073
  23. A.V. Kuzin, A.V. Lobanov, V.A. Shelonzev et al. Russ. J. Phys. Chem. B. 18, 669 (2024). https://doi.org/10.1134/S1990793124700106
  24. Ya.G. Avdeev, M.V. Tyurina, Yu.I. Kuznetsov. Int. J. Corros. Scale Inhib. 3(4), 246 (2014). https://doi.org/10.17675/2305-6894-2014-3-4-246-253
  25. M.A.V. Devanathan, Z. Stachurski. Proc. R. Soc. Lond. A. 270А, 90 (1962). https://doi.org/10.1098/rspa.1962.0205
  26. M.A.V. Devanathan, Z. Stachurski. J. Electrochem. Soc. 111(5), 619 (1964). https://doi.org/10.1149/1.2426195
  27. R.N. Iyer, H.W. Pickering, M. Zamanzadeh. J. Electrochem. Soc., 136. 2463 (1989). https://doi.org/10.1149/1.2097429
  28. A.I. Marshakov, T.A. Nenasheva, A.A. Rybkina et al. Prot. Met., 43, 77 (2007). https://doi.org/10.1134/S0033173207010110
  29. A.I. Marshakov, T.A. Nenasheva. Prot. Met., 38, 556 (2002). https://doi.org/10.1023/A:1021265903879
  30. C.D. Wagner, L.E. Davis, M.V. Zeller at al. Surf. Inter. Face Anal. 3. 211 (1981). https://doi.org/10.1002/sia.740030506
  31. D.A. Shirley. Phys. Rev. B. 5, 4709 (1972). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.5.4709
  32. N. A. Kolpakova, T.S. Minakova. Thermodynamics and Kinetics of Sorption Concentrating (Tomsk Polytechnic Univ., Tomsk, 2011) [in Russian]
  33. B.N. Afanas’ev, Yu.P. Skobochkina, G.G. Serdyukova. Physicochemical bases of the action of corrosion inhibitors (Publishing house of UdGU, Izhevsk, 1990, 20) [in Russian].
  34. K. Kiuchi, R.B. McLellan. Acta Metall., 31, 961 (1983). https://doi.org/10.1016/0001-6160(83)90192-X
  35. Y.G. Avdeev, Y.I. Kuznetsov. Russ. J. Phys. Chem. A. 97, 413 (2023). https://doi.org/10.1134/S0036024423030056
  36. M.B. Bushuev, L.G. Lavrenova, V.N. Ikorskii et al., Russ. J. Coord. Chem., 30(4), 284 (2004). https://doi.org/10.1023/B:RUCO.0000022805.47477.75
  37. J.G. Haasnoot. Coord. Chem. Rev., 200–202, 131 (2000). https://doi.org/10.1016/S0010-8545(00)00266-6
  38. T. Huxel, S. Riedel, J. Lach et al., Z. Anorg. Allg. Chem., 638(6), 925 (2012). https://doi.org/10.1002/zaac.201200117
  39. C.B. Donker, J.G. Haasnoot, W.L Groeneveld. Transition Met. Chem., 5, 368 (1980). https://doi.org/10.1007/BF01396963

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Cathodic polarization curves on steel (1–4) and the dependence of the rate of hydrogen incorporation into it on the potential (1´–4´) in a 2M H3PO4 solution without additives (1, 1´) and in the same solution containing 5 mM IFKhAN-92 (2, 2´), 5 mM IFKhAN-92 + 0.5 mM KNCS (3, 3´), KNCS (4, 4´).

Download (73KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Anodic polarization curves on steel in a 2M H3PO4 solution without additives (1) and in the same solution containing 5 mM IFHAN-92 (2), 5 mM IFHAN-92 + 0.5 mM KNCS (3), 0.5 mM KNCS (4).

Download (54KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Equivalent electrical circuit and Nyquist diagrams of a steel electrode in a 2M H3PO4 solution (1), taken after introducing 5 μM IFKhAN-92 + 0.5 mM KNCS (2, 3) into the solution with different holding times (in min): 2 – 30, 3 – 60.

Download (86KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Adsorption isotherm of the mixture of IFHAN-92 inhibitors + 0.5 mM KNCS on low-carbon steel (E = –0.30 B) from a 2M H3PO4 solution: dots are the experimental dependence, straight line is the theoretical dependence constructed for the Temkin isotherm.

Download (51KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. XPS spectra of Fe(2p3/2) and Fe(2p1/2) electrons of the steel surface in a 2M H3PO4 solution containing IFKhAN-92 + KNCS.

Download (79KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. XPS spectra of O(1s) electrons of the steel surface in a 2M solution of H3PO4 + 5 mM IFKhAN-92 + 0.5 mM KNCS.

Download (63KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. XPS spectra of N(1s) electrons of the steel surface in a 2M solution of H3PO4 + 5 mM IFKhAN-92 + 0.5 mM KNCS.

Download (63KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Proposed scheme of the structure of the protective layer of the IFHAN-92 inhibitor formed on steel in a 2M solution of H3PO4 + 5 mM IFHAN-92 + 0.5 mM KNCS.

Download (135KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».