Wire beam electrode : a new tool for studying localised corrosion and other heterogeneous electrochemical processes

Heterogeneous electrochemical processes are very common in industry and are important, but difficult topics in electrochemical and corrosion science studies. Traditional electrochemical techniques which employ a conventional one-piece electrode have major limitations in studying heterogeneous electrochemical processes since the one-piece electrode has major difficulties in measuring electrochemical parameters from local areas of the electrode surface. In order to overcome this problem, a multi-piece electrode, namely the wire beam electrode, has been developed. This new electrode enables the measurement of electrochemical parameters from local areas over a working electrode surface and thus it can be used to study heterogeneous electrochemical processes. This paper describes how this new electrode was applied in studying several typical heterogeneous electrochemical processes including water-drop corrosion, corrosion under non-uniform organic films and cathodic protection.

Characterising localised corrosion inhibition by means of parameters measured by an electrochemically integrated multielectrode array

Electrochemical parameters including maximum anodic current density, total anodic current density, the number of anodic sites and the localised corrosion intensity index have been extracted from galvanic current distribution maps that were acquired using an electrochemically integrated multielectrode array, namely, the wire beam electrode. Experiments have been carried out to demonstrate the application of these new electrochemical parameters for characterising localised corrosion inhibition of metals. A typical corrosion inhibitor, potassium dichromate, was found to affect localised corrosion processes in various ways, for instance in sodium chloride solutions, it was found to inhibit localised corrosion of aluminium alloy AA 2024-T3 by suppressing galvanic corrosion activities occurring over the alloy surface, whereas it was found to control localised corrosion of AA 1100 by creating a large number of minor anodes distributing randomly over the metal surface.

Electrosprayed PLGA smart containers for active anti-corrosion coating on magnesium alloy Amlite

A novel self-healing system, consisting of poly(lactic-co-glycolic) acid (PLGA) porous particles loaded with a corrosion inhibitor, i.e. benzotriazole (BTA), has been successfully achieved via direct electro-spray deposition and subsequent epoxy spraying upon magnesium (Mg) alloy AMlite. The two-step process greatly simplified the multi-step fabrication of smart coatings reported previously. The PLGA particles demonstrate rapid response to both water and pH increase incurred by corrosion of Mg, ensuring instant and ongoing release of BTA to self-heal the protective functionality and retard further corrosion. Furthermore, nanopores in the PLGA–BTA microparticles, formed by the fast evaporation of dichloromethane during the electrospray process, also contribute to the fast release of BTA. Using Mg alloy AMlite as a model substrate which requires corrosion protection, potentiodynamic polarisation characterisation and scratch testing were adopted to reveal the anti-corrosion capability of the active coating.

Electrochemical and DFT studies of quinoline derivatives on corrosion inhibition of AA5052 aluminium alloy in NaCl solution

Two quinoline derivatives, 8-aminoquinoline (8-AQ) and 8-nitroquinoline (8-NQ), have been used as inhibitors to examine their corrosion protection effect on AA5052 aluminium alloy in 3% NaCl solution. The weight-loss and electrochemical measurement have indicated that 8-AQ and 8-NQ play as anodic inhibitor to retard the anodic electrochemical process. SEM/EDS analysis clearly shows that 8-AQ and 8-NQ form a protective film on the AA5052 alloy surface. Density functional theory (DFT) calculation confirmed the formation of strong hybridization between the p-orbital of reactive sites in the inhibitor molecules and the sp-orbital of the Al atom. 8-aminoquinoline and 8-nitroquinoline may be useful as effective corrosion inhibitors for aluminium alloys.

Synthesis and anti-corrosion performance of Adenine-L-Alanine ramification

In this paper, a new amino acid derivative, namely Adenine-L-Alanine ramification (ALAR) was synthesized and investigated as a green corrosion inhibitor for X80 pipeline steel in 0.1 mol/L hydrochloric acid solution using the weight loss, AC impedance, and polarization curve method. The structure of the derivative was characterized by IR and UV–vis spectrum. The weight loss and AC impedance found that the inhibition efficiency increased with the increase in concentration of the inhibitor but decreased with rise in temperature, the corrosion inhibition efficiency attains 91.26% in 8 × 10−2 g/L concentration at 30 °C. The polarization studies showed that the studied amino acid derivative can be used as a corrosion inhibitor. The surface of inhibited and uninhibited specimens was analyzed by scanning electron microscopy and the adsorption of the inhibitor on the mild steel surface obeys Langmuir adsorption isotherm. The quantum chemical descriptors such as the energy of highest occupied molecular orbital, energy of lowest unoccupied molecular orbital were calculated and the inhibition mechanism can be analyzed by the distribution of electrons. Analysis indicated that the inhibitor molecular and empty d orbital of metal forms the coordination bond, covers on the surface of metal, and prevents corrosion reaction.

Polymer controlled mineralization of zinc phosphate hydrates and applications in corrosion protection, catalysis and biomedicine

ZUSAMMENFASSUNG Die Tauglichkeit von Hybridmaterialien auf der Basis von Zinkphosphathydrat-Zementen zum Einsatz als korrosionshemmende anorganische Pigmente oder zur prothetischen und konservierenden Knochen- und Zahntherapie wird weltweit empirisch seit den neunziger Jahren intensiv erforscht. In der vorliegenden Arbeit wurden zuerst Referenzproben, d.h. alpha-und beta-Hopeite (Abk. a-,b-ZPT) dank eines hydrothermalen Kristallisationsverfahrens in wässerigem Milieu bei 20°C und 90°C hergestellt. Die Kristallstruktur beider Polymorphe des Zinkphosphattetrahydrats Zn3(PO4)2  4 H2O wurde komplett bestimmt. Einkristall-strukturanalyse zeigt, daß der Hauptunterschied zwischen der alpha-und beta-Form des Zinkphosphattetrahydrats in zwei verschiedenen Anordnungen der Wasserstoffbrücken liegt. Die entsprechenden drei- und zweidimensionalen Anordnungen der Wasserstoffbrücken der a-und b-ZPT induzieren jeweils unterschiedliches thermisches Verhalten beim Aufwärmen. Während die alpha-Form ihr Kristallwasser in zwei definierten Stufen verliert, erzeugt die beta-Form instabile Dehydratationsprodukt. Dieses entspricht zwei unabhängigen, aber nebeneinander ablaufenden Dehydratationsmechanismen: (i) bei niedrigen Heizraten einen zweidimensionalen Johnson-Mehl-Avrami (JMA) Mechanismus auf der (011) Ebene, der einerseits bevorzugt an Kristallkanten stattfindet und anderseits von existierenden Kristalldefekten auf Oberflächen gesteuert wird; (ii) bei hohen Heizraten einem zweidimensionalen Diffusionsmechanismus (D2), der zuerst auf der (101) Ebene und dann auf der (110) Ebene erfolgt. Durch die Betrachtung der ZPT Dehydratation als irreversibele heterogene Festkörperstufenreaktion wurde dank eines „ähnlichen Endprodukt“-Protokolls das Dehydratationsphasendiagramm aufgestellt. Es beschreibt die möglichen Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Hydratationszuständen und weist auf die Existenz eines Übergangszustandes um 170°C (d.h. Reaktion b-ZPT  a-ZPT) hin. Daneben wurde auch ein gezieltes chemisches Ätzverfahren mit verdünnten H3PO4- und NH3 Lösungen angewendet, um die ersten Stufe des Herauslösens von Zinkphosphat genau zu untersuchen. Allerdings zeigen alpha- und beta-Hopeite charakteristische hexagonale und kubische Ätzgruben, die sich unter kristallographischer Kontrolle verbreitern. Eine zuverlässige Beschreibung der Oberfächenchemie und Topologie konnte nur durch AFM und FFM Experimente erfolgen. Gleichzeitig konnte in dieser Weise die Oberflächendefektdichte und-verteilung und die Volumenauflösungsrate von a-ZPT und b-ZPT bestimmt werden. Auf einem zweiten Weg wurde eine innovative Strategie zur Herstellung von basischen Zinkphosphatpigmenten erster und zweiter Generation (d.h. NaZnPO4  1H2O und Na2ZnPO4(OH)  2H2O) mit dem Einsatz von einerseits oberflächenmodifizierten Polystyrolatices (z.B. produziert durch ein Miniemulsionspolymerisationsverfahren) und anderseits von Dendrimeren auf der Basis von Polyamidoamid (PAMAM) beschritten. Die erhaltene Zeolithstruktur (ZPO) hat in Abhängigkeit von steigendem Natrium und Wassergehalt unterschiedliche kontrollierte Morphologie: hexagonal, würfelförmig, herzförmig, sechsarmige Sterne, lanzettenförmige Dendrite, usw. Zur quantitativen Evaluierung des Polymereinbaus in der Kristallstruktur wurden carboxylierte fluoreszenzmarkierte Latices eingesetzt. Es zeigt sich, daß Polymeradditive nicht nur das Wachstum bis zu 8 µm.min-1 reduzierten. Trotzdem scheint es auch als starker Nukleationsbeschleuniger zu wirken. Dank der Koordinationschemie (d.h. Bildung eines sechszentrigen Komplexes L-COO-Zn-PO4*H2O mit Ligandenaustausch) konnten zwei einfache Mechanismen zur Wirkung von Latexpartikeln bei der ZPO Kristallisation aufgezeigt werden: (i) ein Intrakorona- und (ii) ein Extrakorona-Keimbildungsmechanismus. Weiterhin wurde die Effizienz eines Kurzzeit- und Langzeitkorrosionschutzes durch maßgeschneiderte ZPO/ZPT Pigmente und kontrollierte Freisetzung von Phosphationen in zwei Näherungen des Auslösungsgleichgewichts abgeschätzt: (i) durch eine Auswaschungs-methode (thermodynamischer Prozess) und (ii) durch eine pH-Impulsmethode (kinetischer Prozess. Besonders deutlich wird der Ausflösungs-Fällungsmechanismus (d.h. der Metamorphismus). Die wesentliche Rolle den Natriumionen bei der Korrosionshemmung wird durch ein passendes zusammensetzungsabhängiges Auflösungsmodell (ZAAM) beschrieben, das mit dem Befund des Salzsprühteste und der Feuchtigkeitskammertests konsistent ist. Schließlich zeigt diese Arbeit das herausragende Potential funktionalisierter Latices (Polymer) bei der kontrollierten Mineralisation zur Herstellung maßgeschneiderter Zinkphosphat Materialien. Solche Hybridmaterialien werden dringend in der Entwicklung umweltfreundlicher Korrosionsschutzpigmente sowie in der Dentalmedizin benötigt.

Resistance of an epoxy coating with an organic inhibitor to cathodic disbondment in sea water

In this study, the effect of anti-corrosion inhibitor addition to epoxy coating, on the disbanding rate was evaluated. First to determination of mechanism, the bare steel substrates were immersed in the 3.5% NaCl solution and the solution containing 1 mM anti corrosion. The Electrochemical Impedance Spectroscopy was performed after 5 and 24 hour. The results indicated a lower corrosion rate in the presence of inhibitor. During the time, charge transfer resistance, was decreased for the substrates immersed in NaCl solution, and increased for the substrates immersed in NaCl solution containing 1 mM anti corrosion. This result can be related to more stability of corrosion products in presence of anti-corrosion and film formation. The coated substrates, with four different concentration of anticorrosion in coating, were protected under -1.2 voltage in the 3.5% NaCl solution. After 12 and 24 hour, the EIS test and disbanding area measurement, were evaluate. The lower disbanding rate, more charge transfer resistance and less double layer capacitance for the coating containing 0.75w% inhibitor, were observed. The result of Pull-off test after 1 day immersion in 3.5% NaCl solution, showed more wet adhesion for the coating containing 0.75w% inhibitor. The images of FE-SEM electron microscope and surface analyses EDX on the coated substrate after disbanding and the bare substrate immersed in 3.5w% NaCl containing 1 mM inhibitor, were proved the formation of stabilized film.

Synergistic corrosion inhibition of mild steel in aqueous chloride solutions by an imidazolinium carboxylate salt

Mild steel infrastructure is constantly under corrosive attack in most environmental and industrial conditions. There is an ongoing search for environmentally friendly, highly effective inhibitor compounds that can provide a protective action in situations ranging from the marine environment to oil and gas pipelines. In this work an organic salt comprising a protic imidazolinium cation and a 4-hydroxycinnamate anion has been shown to produce a synergistic corrosion inhibition effect for mild steel in 0.01 M NaCl aqueous solutions under acidic, neutral, and basic conditions; an important and unusual phenomenon for one compound to support inhibition across a range of pH conditions. Significantly, the individual components of this compound do not inhibit as effectively at equivalent concentrations, particularly at pH 2. Immersion studies show the efficacy of these inhibitors in stifling corrosion as observed from optical, SEM, and profilometry experiments. The mechanism of inhibition appears to be dominated by anodic behavior where dissolution of the steel, and in particular the pitting process, is stifled. FTIR spectroscopy provides confirmation of a protective interfacial layer, with the observation of interactions between the steel surface and 4-hydroxycinnamate.

Obtenção do copolímero de acrilonitrila e vinil-tetrazol e sua aplicação como inibidor de corrosão para meio ácido

Polímeros heterocíclicos abrangem uma grande variedade de materiais, desde simples polímeros lineares sintetizados a partir de monômeros do tipo heterocíclicos vinílicos até polímeros altamente funcionalizados e reticulados. Neste trabalho realizou-se a modificação química da poliacrilonitrila com a incorporação de grupos tetrazol em diferentes teores (1%, 2,5%, 5% e 10%). Os copolímeros de acrilonitrila e vinil-tetrazol obtidos foram caracterizados por FTIR e o seu comportamento térmico analisado por DSC e TGA. Os polímeros heterocíclicos foram avaliados como inibidores de corrosão para aço-carbono em meio ácido obtendo-se bons resultados e alcançando, em alguns casos, uma eficiência de inibição média superior a 70%

Emprego da técnica de emissão por fluorescência de ultravioleta no monitoramento de inibidores de corrosão em água produzida

Para aumentar os volumes de extração de petróleo, resolver e prevenir problemas nas operações de produção são utilizados diversos produtos químicos, dentre os quais se destacam os inibidores de corrosão, que são utilizados em toda cadeia produtiva do petróleo visando proteger o sistema da deterioração por corrosão. Os sais de amônio quaternário são uma das classes de inibidores mais utilizadas pela indústria do petróleo devido a sua grande eficiência. Entretanto, sua solubilidade em água faz com que estejam presentes na água produzida representando um risco para contaminação ambiental, visto que possuem baixa biodegrabilidade e potencial de bioacumulação. Como se encontram misturados a outros produtos químicos e sob efeitos das variações do ambiente em que são aplicados, definir um método de análise confiável e viável para monitoramento em linha representa um desafio para os laboratórios de campos de produção. Neste trabalho, foi estudado o emprego da fluorescência de ultravioleta na quantificação de um inibidor de corrosão do tipo sal de amônio quaternário em água. Foram obtidos espectros de emissão do produto comercial em água, além do estudo de variáveis instrumentais e interferentes presentes na água produzida. A comparação com padrões de sal de amônio quaternário permitiu identificar como principal fluorófilo, um sal alquil-aril de amônio quaternário. Estudos de estabilidade revelaram que a adsorção do inibidor de corrosão nas superfícies dos frascos plásticos provoca a queda do sinal fluorescente e que a adição de isopropanol reduz este efeito de 40 para 24%. Foram obtidas curvas de calibração com a formulação comercial e com o cloreto de 2-metil-4-dodecil-benzil-trimetil amônio com uma boa correlação. Amostras sintéticas do inibidor foram determinadas com um erro relativo de 2,70 a 13,32%. O método de adição padrão foi avaliado usando uma amostra de água produzida, e os resultados não foram satisfatórios, devido à interferência, principalmente, de compostos orgânicos aromáticos presentes

Avaliação do copolímero de acrilonitrila e 2-vinil-2-oxazolina na eficiência de inibição de corrosão química em meio salino

Processos corrosivos geram perdas incalculáveis para a sociedade. Existe, portanto, uma incessante busca por métodos cada vez mais econômicos, eficientes e que não gerem impacto ao meio-ambiente. Polímeros heterocíclicos são macromoléculas de elevada performance que vêm sendo estudados como inibidores de corrosão por atenderem as premissas citadas acima. Neste trabalho realizou-se a modificação química da poliacrilonitrila com a incorporação de grupos 2-vinil-2-oxazolina no teor teórico de 20%. O copolímero obtido e a poliacrilonitrila não modificada foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho e avaliados como inibidores de corrosão para alumínio e aço carbono em meio salino em temperatura de 60C. As concentrações utilizadas foram de 20, 50, 100 e 200 ppm e os períodos de checagem: 1, 2, 3 e 4 semanas. Os polímeros estudados apresentaram atividade inibitória de corrosão apenas para o aço carbono. Para o alumínio, o ensaio em branco apresentou a menor taxa de corrosão dentre todos os ensaios realizados

Estudo da reação de modificação química da poliacrilonitrila com grupos 2-oxazolina

Neste trabalho a reação de modificação química da poliacrilonitrila pela incorporação de grupos 2-oxazolina foi estudada através da interação dos grupos nitrila do polímero com 2-amino-etanol catalisada por acetato de cádmio. Os copolímeros foram obtidos em diferentes condições reacionais para alcançar a reação de incorporação do heterocíclico preferencialmente à reação de ciclização dos grupos nitrila que ocorre na presença de catalisador. O grau de modificação química obtido foi relacionado às alterações nas propriedades dos polímeros modificados, que foram caracterizados por espectroscopias na região do infravermelho com transformada de Fourier, do ultravioleta-visível e de ressonância magnética nuclear de hidrogênio, e por calorimetria diferencial de varredura e termogravimetria. As condições ótimas de reação foram alcançadas a 70C após 35h. E o polímero obtido a partir destas condições foi avaliado como inibidor de corrosão para aço-carbono em solução de ácido clorídrico. Sob estas condições experimentais, uma eficiência de inibição de 63 % foi obtida

Avaliação de complexos de inclusão na inibição do aço carbono em meio ácido

A indústria de petróleo e gás apresenta sérios problemas relacionados à corrosão. Nas petroquímicas e nas instalações de refino de petróleo, as falhas em materiais estão relacionadas com a corrosão, além disso, os processos de corrosão de metais são problemas no mundo, causando ônus em processos industriais e gerando situações de risco como a corrosão de pilares metálicos em pontes ou em fuselagens de aviões. Dentre os meios corrosivos, um muito comum é o meio ácido, que será o meio estudado neste trabalho. Com todos os problemas citados, se faz necessário o estudo de inibidores de corrosão com alta eficiência, estabilidade e que, preferencialmente, não agridam o meio ambiente. Alguns inibidores de corrosão apresentam solubilidade limitada em água, sendo necessária a utilização de alguns solventes não tão amigáveis ao meio ambiente. Então, propôs-se formar um complexo de inclusão para tornar possível a solubilização de inibidores convencionais em solução aquosa, como algumas tioureias, que apresentam solubilidade limitada em água. Essa completa solubilização do inibidor de corrosão orgânico em meio aquoso é possível com a utilização de um aditivo (hospedeiro) capaz de encapsular tais moléculas (convidados) via interações não covalentes, de modo a alcançar o máximo desempenho de inibição. Para a formação do complexo de inclusão foi usado como molécula hospedeira, a α e a β hidroxipropilciclodextrina e como molécula convidada a dibenziltioureia. A intenção foi testar a melhora da ação inibidora da corrosão do aço carbono em meio de HCl 1mol.L-1 com ensaios de perda de massa, de impedância, polarização e microscopia eletrônica de varredura (MEV), além de evidenciar a formação destes complexos de inclusão através da espectroscopia de absorção vibracional no infravermelho, espectroscopia de RMN de 1H, espectroscopia de absorção no Ultra-violeta e análise térmica diferencial (DTA)