Desarrollo sostenible de un eficaz anti

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 12169 (2023) Citar este artículo

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Una aplicación de los compuestos orgánicos es utilizarlos como inhibidores de la corrosión en ambientes ácidos para disminuir la corrosión del acero. Estos inhibidores no muestran muy buenas propiedades de inhibición en ambientes salinos (NaCl). Se han realizado muchos estudios sobre cómo mejorar el rendimiento de estos inhibidores en dichos entornos (especialmente medios que contienen Cl-). Una de las formas que se ha propuesto es el uso de inhibidores orgánicos e inorgánicos, simultáneamente. El efecto sinérgico de estos inhibidores ha mostrado resultados prometedores en la reducción de la corrosión del acero. En este estudio, se utilizaron nitrato de cerio (III) y fosfato trisódico (TSP) como inhibidores orgánicos e inorgánicos para controlar la corrosión del acero en un ambiente de NaCl al 3,5% en peso. Las mediciones de corrosión se realizaron en un entorno de NaCl al 3,5% en peso mediante EIS y métodos de polarización. Los estudios de superficie se realizaron mediante los métodos SEM, Raman, GIXRD y EDS. Los estudios de corrosión (EIS y polarización) han revelado que cuando se añaden 500 ppm de Ce(NO3)3 y 500 ppm de TSP al medio de NaCl al 3,5% en peso, se obtienen el índice de sinergia más alto (1,27) y la eficiencia de inhibición (73,7%). logrado. Además, al agregar 500Ce-500TPS a la solución, icorr y Rct del acero disminuyeron aproximadamente un 80 % y aumentaron aproximadamente 4 veces, respectivamente. Esta mejora en el comportamiento del acero contra la corrosión en presencia de una proporción igual de Ce(NO3)3 y TSP es el resultado de la formación de una película densa hidrófoba (que consiste en Ce(OH)3, complejos Ce/Fe-fosfato) sobre la superficie metálica. Esta afirmación ha sido probada mediante análisis SEM/EDS, ángel de contacto, FT-IR y XRD.

La baja resistencia del acero tipo St-12, una famosa aleación de grado industrial, contra la corrosión es uno de los dilemas desafiantes en su aplicación1,2,3. Se proponen varios métodos para minimizar este problema, como la prevención anódica/catódica, el uso de recubrimientos anticorrosivos y la aplicación de inhibidores4,5,6. Entre ellos, los inhibidores han ganado más atención hoy en día debido a su facilidad de uso y bajo costo. La eficacia de los inhibidores y su mecanismo de inhibición depende de varios parámetros (como los iones corrosivos, la estructura química de los inhibidores, el número de sitios absorbidos en la superficie del metal, etc.)7. Orgánicos/inorgánicos son dos grupos principales de inhibidores según su estructura química8. Los inhibidores orgánicos suelen formar una película de barrera sobre la superficie del metal. Tienen muchos grupos funcionales, incluidos heteroátomos ricos en electrones (O, N y S) en su estructura9,10,11. Por otro lado, los inhibidores inorgánicos pueden posponer las reacciones anódicas/catódicas. Se dividen en dos grupos principales, incluidos los anódicos y catódicos, según su impacto significativo en las reacciones anódicas o catódicas12. Los inhibidores orgánicos funcionan bien en ambientes ácidos; Muchos investigadores han trabajado duro para encontrar un inhibidor orgánico que pueda retrasar la corrosión del acero en ambientes salinos (como una solución de NaCl al 3,5% en peso). Por otro lado, los inhibidores inorgánicos muestran buena eficacia en medios salinos. El acero suele sufrir corrosión por ataques de soluciones salinas en tanques de almacenamiento de agua, tuberías de transición de agua de mar, etc. En ambientes salinos, los aniones cloruro desempeñan un papel destacado en la corrosión del acero. Los inhibidores de corrosión orgánicos no tienen buena eficiencia en ambientes ricos en cloruros. Entonces, combinar inhibidores orgánicos e inorgánicos es una idea para superar este problema que se ha observado en la mayoría de los estudios recientes13,14.

Los compuestos de cromato y zinc son inhibidores inorgánicos anódicos y catódicos, respectivamente, que son inhibidores de corrosión superiores para varios metales en soluciones neutras que contienen sal. Sin embargo, debido a los peligros ambientales, su uso ha sido estrictamente prohibido por varias organizaciones15,16,17,18,19,20. Se han empleado muchos inhibidores de corrosión orgánicos e inorgánicos como alternativas a los cromatos. Recientemente se ha demostrado que los compuestos de lantánidos (elementos de tierras raras, REE) pueden utilizarse como inhibidores ecológicos de la corrosión respetuosos con el medio ambiente21,22,23,24. Las sales a base de Ce se han empleado con éxito como inhibidores de la corrosión. Estos compuestos han demostrado un buen comportamiento de protección contra la corrosión a una concentración de aproximadamente 1000 ppm (~ 2,68 mM)25. Los compuestos de cerio (III) son inhibidores catódicos que pueden reducir la velocidad de la reacción catódica y bloquear los sitios catódicos mediante la formación de compuestos de óxido/hidróxido de Ce26,27. Los compuestos de Ce (III) no son inhibidores potentes porque no pueden proporcionar una película densa y libre de defectos sobre la superficie del metal.

Un método práctico para alcanzar un alto nivel de protección frente a los inhibidores es combinarlos para lograr un efecto sinérgico28. Ramezanzadeh et al.29 estudiaron la eficacia del extracto de hoja de ortiga y mezclas de nitrato de Ce contra el retardo de la corrosión del acero dulce. Revelaron que se formó una película de nanoestructura compacta en las superficies de acero mediante el uso de inhibidores NLE-Ce. Xio y compañeros de trabajo30 han investigado el comportamiento sinérgico de la inhibición de la corrosión de los iones de Ce y la serina en la mitigación de la corrosión del acero dulce en una solución de cloruro de sodio al 3% en peso. Concluyeron que se desarrolló una película compleja Ce-Ser sobre la superficie del acero. Sin embargo, existen pocos informes de cooperación entre compuestos REE e inhibidores inorgánicos. Lie et al. han comprobado la sinergia entre el Ce(NO3)3 y el dodecilbencenosulfonato de sodio sobre la corrosión de la aleación de aluminio AA5052 en un medio de NaCl al 3% en peso. y se concluyó una eficiencia de inhibición del 89,7%31.

Los compuestos de fosfato se utilizan ampliamente como inhibidores de la corrosión que pueden disminuir la corrosión de los metales mediante mecanismos de inhibición anódicos, catódicos o mixtos32. Los fosfatos son ecológicos y tienen una alta eficiencia de inhibición de la corrosión33.

En nuestra investigación, se exploró el impacto de inhibición sinérgica del nitrato de cerio (III) y los aniones fosfato sobre la corrosión del acero dulce en medios salinos. Para este objetivo, se utilizaron iones de fosfato trisódico (TSP) y Ce(III) en tres niveles de mezcla diferentes. La evaluación de la corrosión se realizó mediante EIS y la técnica de polarización potenciodinámica. Además, se realizaron pruebas SEM, EDS, CA (ángulo de contacto), XRD y FT-IR para inspeccionar la morfología y composición de la película depositada.

Láminas de acero St-12 con una composición química de 0,10 % en peso de C, 0,035 % en peso de S, 0,035 % en peso de P, 0,007 % en peso de N, 0,45 % en peso de Mn y Fe restante con 3 cm × 5 cm × 0,2 Como sustrato se utilizaron dimensiones de cm. El nitrato de cerio (III) y el fosfato trisódico dodecahidratado se adquirieron de Merck Co. y el NaCl se obtuvo de Mojallali Co. (Irán). Para la abrasión de los paneles de acero se han utilizado papeles SiC (de grano 220 a 800). Las láminas se desengrasaron con acetona y luego se enjuagaron en DW (agua destilada). Las soluciones estudiadas en esta investigación se presentan en detalle en la Tabla 1.

Se empleó EIS, junto con análisis de polarización, para comprobar el rendimiento de la corrosión de las muestras inhibidas y no inhibidas. Para las mediciones se utilizaron el electrodo de trabajo, el electrodo de referencia de calomelanos saturados y el electrodo de Pt. En este caso, las muestras inhibidas y no inhibidas (1 cm2) se utilizaron como electrodos de prueba. Esta celda de tres electrodos especificada se sumergió en una solución de NaCl al 3,5% en peso a temperatura ambiente y pH neutro. Debería ser que también se pueda investigar el efecto de la temperatura y el pH sobre el comportamiento de la corrosión, lo cual no se comprobó en este estudio34,35. La espectroscopia de impedancia electroquímica se realizó mediante el instrumento Autolab PGSTAT 302N en OCP, en un rango de 105–10–3 Hz con una perturbación potencial de ± 10–3 V en varios tiempos de inmersión durante hasta 72 h. A continuación, se utilizó el software Nova para obtener los parámetros de impedancia y los datos experimentales se ajustaron a través de modelos seleccionados utilizando el software ZView. Para garantizar la precisión y repetibilidad de los resultados obtenidos, todas las evaluaciones se realizaron en tres muestras similares y se informaron los resultados promedio. En el caso del análisis de polarización, la forma celular fue exactamente igual a la prueba EIS y el experimento se realizó después de 72 h. La condición de prueba fue la amplitud potencial de ± 0,25 mV, cercana a los valores de OCP registrados, con una velocidad de exploración de 0,06 V/min. Además, en esta prueba se analizó la repetibilidad de todas las evaluaciones en tres muestras.

La morfología y composición química de las películas precipitadas sobre las láminas de acero (1 cm2), que fueron sumergidas en diversas soluciones (Tabla 1) durante 48 h, fueron investigadas mediante SEM (modelo VEGA/TESCAN-XMU) y EDS (modelo Mira III). /TESCAN-SAMX). La prueba se realizó utilizando un detector BE (electrón de retrodispersión) a V = 15 kV. Además, la espectroscopia FT-IR (modelo Perkin-Elmer Frontier, EE. UU./en un rango de número de onda de 400–4000 cm−1) y la prueba XRD (modelo X'Pert MPD, Países Bajos/de 5 a 85 grados para 2θ con modo de escaneo θ–2θ ) se realizaron para evaluar los grupos funcionales de superficie y las diferentes fases formadas, respectivamente. Además, OCA 15 plus realizó una prueba de CA utilizando 1 ml de agua seca a T = 25 ± 2 °C para verificar la humectabilidad de la superficie de las muestras. La apariencia del DW goteado sobre las muestras fue tomada con una cámara digital modelo Canon.

Los valores de OCP registrados para las muestras sometidas a soluciones de NaCl al 3,5% en peso (con/sin inhibidores) se midieron durante hasta 72 h y las gráficas se muestran en función del tiempo de inmersión en la Fig. 1. En los primeros minutos de En inmersión, el OCP muestra una disminución significativa debido a las reacciones de corrosión que tienen lugar en el sustrato de acero. Esta reducción tiene una pendiente más pronunciada en la muestra en blanco que en las muestras inhibidas. La cantidad de OCP durante 8 h es aproximadamente constante, lo que indica la formación de una película en la superficie y la prevención de la oxidación. El valor de OCP en la muestra 500Ce-500TSP es más negativo, lo que demuestra una reducción en la velocidad de la reacción catódica debido a la deposición de Ce-fosfato. Además, en esta muestra se logró una condición de estado estacionario en comparación con otras muestras en tiempos más largos, lo que indica limitación del acceso de agentes corrosivos al sustrato debido a la presencia de la deposición de película densa en la superficie.

Variaciones del potencial de circuito abierto (OCP) durante el tiempo de inmersión para las muestras de acero sumergidas en soluciones de NaCl al 3,5% en peso sin y con diversas concentraciones de Ce/TSP.

Las curvas de polarización de las muestras expuestas a las soluciones tratadas y no tratadas durante 72 h se muestran en la Fig. 2. Los parámetros electroquímicos se calcularon a partir de las curvas de polarización mediante el método de Tafel, y los datos se proporcionan en la Tabla 2.

(a) Gráficos de polarización de muestras inhibidas e inhibidas (con diferente concentración de Ce/TSP) sumergidas en medio de NaCl al 3,5% en peso durante 72 h a 25 °C, (b) Gráficos desplazados a Ecorr = 0.

Además, para calcular el grado de inhibición (η), la ecuación. (1) se utilizó y los resultados se muestran en la Tabla 2.

donde η, i, i0 son la eficiencia de inhibición y la densidad de corriente de corrosión en presencia y ausencia de inhibidores, respectivamente. Según las observaciones y análisis de la Fig. 2, Ecorr se alteró a valores menos negativos en las muestras sumergidas en la solución inhibida. Los resultados de la prueba de polarización revelaron que la icorr de todas las muestras fue menor que la de la muestra no tratada, y la reducción en los inhibidores de cerio o fosfato que contienen electrolitos fue menor que la de los inhibidores mixtos (Ce + TSP). El efecto sinérgico es la razón de esta reducción adicional. El desplazamiento de Ecorr para 500Ce-500TSP fue menor que para otros, lo que indica que el mecanismo de inhibición es de tipo mixto (catódico y anódico)36. Además, según la Tabla 2, 500Ce-500TSP ha mostrado la máxima eficiencia de inhibición entre todas las muestras. El Ce3+ puede adsorberse en los sitios catódicos y reaccionar con los iones (OH-), creando una película protectora a base de Ce(OH)3. Sin embargo, el Ce(NO3)3 es un inhibidor de tipo mixto debido a la presencia de iones (NO3-) que también afectan las reacciones anódicas. Además, los aniones fosfato afectan la reacción anódica y pueden formar un complejo Fe-fosfato con cationes Fe en la superficie del metal. La Figura 2 muestra que el ia/ic de las muestras tratadas cambió a valores más bajos. Los βa y βc se cambiaron para mezclar iones Ce y fosfato. Estas observaciones revelan que el mecanismo de corrosión y protección de ambas reacciones anódicas/catódicas fueron alterados. La variación de las pendientes de Tafel de las ramas anódica y catódica en presencia de una mezcla de inhibidores en comparación con las soluciones en blanco demuestra el efecto sinérgico de los inhibidores con inhibición de tipo mixto.

Se realizaron mediciones de espectroscopia de impedancia electroquímica en cupones de acero sumergidos en medios de NaCl al 3,5% en peso que comprenden cationes de cerio y aniones de fosfato (como una mezcla de ambos y suela) en diferentes tiempos de inmersión (T = 25 ± 1 °C). Las gráficas de Bode y Nyquist de las muestras de acero expuestas a diversas soluciones se muestran en las Figs. 3 y 4. Las mediciones se llevaron a cabo para los tiempos de prueba de 2, 4, 6, 24, 48 y 72 h alrededor del OCP. Como se muestra en la Fig. 5, se emplearon dos EEC (circuitos eléctricos equivalentes) para modelar los datos EIS37. La porosidad y la falta de uniformidad de la capa superficial han llevado al uso de elementos de fase constante como alternativa a la capacidad ideal. Los parámetros electroquímicos, extraídos de cada modelo, se dan en las Tablas 3 y 4. El CPEdl está incluido Y0 y n.

Gráficos de Bode de varias muestras sumergidas en NaCl al 3,5% en peso con/sin inhibidores.

Gráficos de Nyquist de varias muestras sumergidas en NaCl al 3,5% en peso con/sin inhibidores.

CEE (circuitos eléctricos equivalentes) (a) una constante de tiempo, (b) dos constantes de tiempo.

Según las Figs. 3 y 4, en los gráficos de Nyquist & Bode de las muestras en blanco y de 1000 TSP, solo se puede ver una constante de tiempo única, lo que indica que la ocurrencia de la reacción electroquímica en estas muestras está bajo el control de la transferencia de carga (CT). Además, para las otras muestras, se hizo visible una nueva constante de tiempo a f alta, que muestra la formación de una capa inhibidora compacta sobre el sustrato de acero. Por lo tanto, se emplea un modelo eléctrico de doble constante de tiempo para modelar los datos de impedancia en estas muestras (Fig. 5). Como se puede ver en las Tablas 3 y 4, al agregar inhibidor de Ce/TSP a la solución corrosiva, el Rct del acero aumenta (de 1823 a 2770 Ω cm2). Este incremento es aún más notable cuando se utiliza una mezcla de dos inhibidores (de 1823 a 7036 Ω cm2). Al aumentar el tiempo de inmersión, el Rct de la muestra en blanco aumenta y disminuye constantemente, lo que indica la formación/desprendimiento de los productos de corrosión sobre/desde la superficie del acero. La mejora de Rct con el tiempo también se observa en las muestras sometidas a soluciones que contienen inhibidores únicos (1000Ce y 1000TSP). El incremento del Rct de la muestra de 1000Ce es mayor que el de 1000TSP; además, en la muestra de 1000Ce ha aparecido una constante de dos tiempos que demuestra la producción de una película compacta sobre el sustrato. El aumento de Rct con el tiempo es mucho más drástico en las muestras de 250Ce-750TSP, 750Ce-250TSP y 500Ce-500TSP, de modo que en todas las muestras, después de 48 ha, se observó una mejora significativa en Rct. Por ejemplo, en 500Ce-500TSP después de 48 h de inmersión, se obtuvo Rct superior a 7 kΩ cm2. Además, al igual que 1000Ce, en estas muestras (inhibidas con inhibidor mixto), una constante doble reveló que se produjo una película compacta sobre la lámina de acero. La fluctuación de los valores de Rf a lo largo del tiempo ilustra la formación y destrucción de la película. Después de 24 h, hay una caída repentina de Rf, lo que indica la destrucción de la película generada. Esta caída del Rf en la muestra 500Ce-500TSP es más suave que en otras muestras y, en todo momento, la resistencia del recubrimiento de esta muestra es superior a las demás. Por tanto, se puede concluir que sobre esta muestra se forma una potente película compacta anticorrosión. En los sitios catódicos, el hidróxido/óxido de cerio puede precipitar debido a la reacción del Ce3+ con los iones OH-38. Además, los iones nitrato y fosfato impidieron la reacción de disolución del hierro anódico. Los átomos de oxígeno en el fosfato pueden compartir el par de electrones con los orbitales vacíos del cerio y formar complejos Ce-TSP39. Cada cerio puede unirse con tres fosfatos y viceversa. El mecanismo de formación del complejo entre los iones cerio y fosfato y luego la creación de una película uniforme sin agrietarse en la superficie de la muestra en presencia de otros dos inhibidores se muestra esquemáticamente en la Fig. 6. Así, los resultados demuestran que la asistencia de la mezcla de 500 ppm de nitrato de cerio con 500 ppm de TSP, el incremento en Rct y Rf del acero fue más pronunciado entre todos los tipos de mezclas.

Esquema de los complejos orgánicos-inorgánicos y la formación de una película uniforme/compacta sobre la superficie del acero en presencia de dos inhibidores.

La eficiencia de inhibición (η) se calculó mediante la ecuación. (2) y los resultados se presentan en las Tablas 3 y 440.

donde Rt es la resistencia total de la muestra en blanco y Rt′ es la resistencia total de la muestra inhibida. Según las Tablas 3 y 4, está claro que 1000 Ce, así como 1000 TSP, tuvieron la eficiencia más baja entre todas las muestras. La eficiencia más alta (alrededor del 73,7%) la obtuvo la muestra 500Ce-500TSP, lo que concuerda con los resultados de la prueba de polarización.

Además, el índice de sinergia (Sб) se calculó utilizando las Ecs. (3) y (4)41 (Fig.7a):

donde θ1 y θ2 son la cobertura de superficie de los inhibidores 1 y 2, respectivamente, y θ1+2 es la cobertura de superficie en la muestra que contiene 1 y 2 inhibidores. La cobertura de la superficie es el porcentaje de la eficiencia de inhibición (θ = η/100). El índice de sinergismo se representa en la Fig. 7a. El efecto de sinergismo ocurre cuando S > 1, y S < 1 es un signo de un efecto de antagonismo42. El antagonismo ocurre cuando el efecto de mezcla de los inhibidores es menor que la suma de los inhibidores únicos43. Un alto índice de sinergismo de la muestra 500Ce-500TSP (especialmente en tiempos de inmersión prolongados) indica un buen efecto de sinergismo en este tipo de mezcla y su buen impacto de inhibición de la corrosión en el acero en la solución de NaCl al 3,5% en peso.

(a) Índice de sinergismo y (b) Variaciones de la eficiencia de inhibición de varias muestras durante el tiempo de inmersión.

Además, el espesor total de la película depositada (tf + tdl) a lo largo del tiempo en las distintas muestras se evaluó a través de la capacitancia total, que se muestra en la Fig. 7b. El espesor está inversamente relacionado con la capacitancia. Resulta que en la muestra 500Ce-500TSP se generó una película gruesa (en relación con la película formada en el blanco) que aumenta con el tiempo.

El análisis SEM se realizó para examinar la morfología de las muestras de acero sumergidas en la solución de NaCl al 3,5% en peso con/sin inhibición. Los resultados se muestran en la Fig. 8. En la muestra en blanco, se forma una capa porosa no uniforme de productos de corrosión. En la muestra de 1000TSP, una fina película debida a la reacción entre aniones fosfato y cationes de hierro cubría la superficie del metal. En muestras de 1000Ce y 750Ce-250TSP se ha creado una película con grietas grandes y profundas. Estas grietas son causadas por un crecimiento excesivo de la capa inhibidora y una contracción severa de la película durante el secado. Las grietas son formas fáciles que ayudan a que las especies corrosivas lleguen a la superficie del acero más rápido y reducen significativamente su eficiencia de inhibición. Por otro lado, en muestras de 250Ce-750TSP y 500Ce-500TSP se puede observar una película uniforme y sin grietas. Los cationes de cerio pueden formar complejos con iones fosfato o formar óxido/hidróxido de Ce en la superficie del metal mediante una reacción con OH-. En proporciones iguales de inhibidores, se genera una película con mejores propiedades que la proporción de 250 ppm de nitrato de cerio + 750 ppm de TSP. La formación del complejo es probablemente la principal causa de que se produzca una película protectora con la mayor compactación.

Imágenes SEM de la superficie de las muestras de acero sometidas a soluciones de NaCl al 3,5% en peso sin y con diversas concentraciones de Ce/TSP.

Para analizar la composición de la película superficial, se realizó EDS. Los resultados relevantes se muestran en la Fig. 9. La alta cantidad de O y Fe en la muestra no inhibida fue una evidencia potente del crecimiento del producto de la reacción de corrosión en la superficie. La generación de una capa de cerio en la muestra de 1000Ce es responsable del bajo contenido de Fe en esta muestra. La muestra 1000TSP tiene el porcentaje más alto de Fe entre las muestras protegidas, lo que revela la baja cobertura de la superficie. En las muestras sumergidas en una mezcla de inhibidores, ambos inhibidores participan en el proceso de formación de película, como lo demuestra la detección de un alto valor de elementos de cerio y fósforo en la superficie.

Espectro EDS de la superficie de las muestras de acero sometidas a soluciones de NaCl al 3,5% en peso sin y con diversas concentraciones de Ce/TSP.

Para verificar la γ (energía libre superficial) de las muestras cubiertas con la película inhibidora, se utilizó la prueba CA44. La prueba del ángulo de contacto de las muestras se realizó después de 48 h de inmersión en soluciones relevantes usando DW. La apariencia de las muestras, junto con los ángulos de contacto creados por la gota de agua con el sustrato, se muestra en la Fig. 10. Los valores de θ, WA y γsv (calculados mediante la ecuación de Young y la fórmula de Neumann45) de varias muestras se informan en Tabla 5. La superficie de la muestra en blanco es hidrófila debido a la gran cantidad de productos de corrosión que cubrieron la superficie, como se observa en las micrografías SEM. La naturaleza hidrófila de las muestras que contenían catión cerio estaba relacionada con la formación de una capa de compuestos hidrófilos, es decir, hidróxido de cerio, sobre la superficie del acero. Entre todas las muestras sometidas a la mezcla de inhibidores, el ángulo de contacto más alto y la energía superficial más baja se registraron para la muestra 500Ce-500TSP. La hidrofobicidad superficial de esta muestra puede ser una de las razones de su buena inhibición de la corrosión debido a sus propiedades de baja humectabilidad.

El ángel de contacto de DW en la superficie de varias muestras sumergidas en soluciones de NaCl al 3,5% en peso sin y con diversas concentraciones de Ce/TSP durante 48 h.

Para investigar la película inhibidora y sus fases se ha utilizado la prueba XRD. Los resultados de esta prueba se muestran en la Fig. 11. En la muestra en blanco; Se han identificado algunas fases, como hierro (como elemento principal del sustrato) en 2θ = 45°, Fe3O4 (debido a la corrosión del sustrato en el ambiente salino) en 2θ = 39°, y FeOCl en 2θ = 11°. En el espectro XRD de la muestra 500Ce-500TSP se distinguen algunas fases. El hidróxido de cerio y el fosfato de hierro como fases principales demuestran la reacción de los inhibidores y la formación de complejos, lo cual también fue confirmado mediante pruebas anteriores. Además, se han identificado algunas subfases en la película inhibidora con elementos Fe, Ce, P, O y H que admiten la reacción de los inhibidores con el sustrato. Además, la ausencia de la fase Fe3O4 (productos de corrosión) y Fe en el espectro 500Ce-500TSP puede relacionarse con la presencia de una película inhibidora gruesa y densa. Los resultados del análisis SEM/EDS también avalan esta afirmación.

Espectro XRD de las muestras (a) en blanco y (b) 500Ce-500TSP.

Se realizó una prueba FT-IR para determinar la composición de la película inhibidora. El resultado de esta prueba se muestra en la Fig. 12. En la muestra en blanco; Hay algunos picos en 560, 2920 y 3420 cm-1 que atribuyeron a la vibración de estiramiento de Fe-O y O-H, respectivamente. En la muestra de 500Ce-500TSP, se observaron muchos picos, picos que aparecieron en números de onda (748 y 881), (536 y 1021) cm-1, respectivamente, relacionados con los enlaces Ce-O y P-O. Estos enlaces pueden probar la presencia de hidróxido de cerio y fosfato de cerio sobre el sustrato de acero inhibido (Fig. 6). Además, el pico de 536 cm-1 puede atribuirse a los enlaces Fe-O relacionados con las fases Fe-OH y Fe-fosfato en la película inhibidora (Fig. 6). Algunos picos en 1627, 2920 y 3420 cm-1 pueden pertenecer a enlaces O-H. Además, otros picos, es decir, 1967, 1384 y 1157 cm-1, representan enlaces C=C, C=O y C–O–C, respectivamente, que pueden atribuirse a impurezas. Estos resultados confirman la presencia de elementos Ce y P en la composición de la película inhibidora, que es el resultado de la reacción de dos inhibidores y la formación de complejos. Cabe mencionar que la presencia de elementos Ce y P en la capa de protección fue confirmada mediante la prueba EDS, y la presencia de fases compuestas por elementos Ce y P en la capa de protección también fue comprobada en la prueba XRD46,47,48.

Resultados de la prueba FT-IR de las muestras en blanco y 500Ce-500TSP.

En este estudio, se exploró la aplicación de aniones de nitrato de cerio (III) y fosfato para inhibir la corrosión del acero dulce en medios salinos y su impacto de inhibición sinérgico. La mejor combinación (con la mayor eficiencia de inhibición) entre fosfato trisódico (TSP) y iones Ce(III) se determinó como 500 ppm de nitrato de Ce(III) junto a 500 ppm de TSP (500Ce-500TSP) mediante pruebas electroquímicas. La evaluación de la corrosión se realizó mediante EIS y la técnica de polarización potenciodinámica. Además, se realizaron pruebas SEM, EDS, CA (ángulo de contacto), XRD y FT-IR para inspeccionar la morfología y composición de la película depositada.

La prueba electroquímica confirmó que la muestra de 500Ce-500TSP produjo una película compacta sobre la lámina de acero que provocó una mejor resistencia a la corrosión de esta muestra que las demás. El Rct de esta muestra fue de más de 7 kΩ cm2 (cuatro veces más que la muestra en blanco). La eficiencia de inhibición se calculó mediante los resultados de EIS para todas las muestras y reveló que la muestra de 500Ce-500TSP había sido destruida con una eficiencia del 79,7 % (más que otras muestras).

En los resultados de las pruebas SEM/EDS de la muestra 500Ce-500TSP, se observó una película uniforme sin grietas debido a la formación de complejos orgánicos/inorgánicos. En el análisis EDS de la muestra 500Ce-500TSP, se obtuvo el alto valor de los elementos cerio y fósforo en la superficie, lo que confirma la formación compleja de inhibidores en la superficie.

Entre todas las muestras sometidas a la mezcla de NaCl de inhibidores que contienen medios, el ángulo de contacto más alto (92,9°) y la energía superficial más baja (27 mJ cm-2) se registraron para la muestra 500Ce-500TSP. La hidrofobicidad superficial de esta muestra puede estar relacionada con la presencia de hidróxido de cerio, que provoca una buena inhibición de la corrosión y propiedades de baja humectabilidad.

Las investigaciones de análisis XRD y FT-IR revelaron la composición de la película inhibidora. Como resultado de estas pruebas, se demuestra la presencia de dos inhibidores en forma de fases principales, es decir, hidróxido de cerio y fosfato de hierro. Estas pruebas pueden confirmar la formación de complejos orgánicos-inorgánicos en la superficie del acero inhibido.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado.

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Farshad Bahremand, Taghi Shahrabi y Seyed Ali Hosseini

Departamento de Recubrimientos de Superficies y Corrosión, Instituto de Ciencia y Tecnología del Color, Teherán, Irán

Bahram Ramezanzadeh

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FB: escribió el texto principal del manuscrito, TS: revisó el manuscrito, BR: revisó el manuscrito, SAH: preparó figuras.

Correspondencia a Taghi Shahrabi o Bahram Ramezanzadeh.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Bahremand, F., Shahrabi, T., Ramezanzadeh, B. et al. Desarrollo sostenible de una película anticorrosión eficaz sobre la superficie de acero St12 contra ataques de agua de mar utilizando iones Ce(III)/aniones de fosfato trisódico. Informe científico 13, 12169 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-38540-9

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Recibido: 01 de marzo de 2023

Aceptado: 10 de julio de 2023

Publicado: 27 de julio de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-38540-9

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