Влияние характера среды на антикоррозионные свойства супергидрофобных покрытий на стали тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Родионова Людмила Дмитриевна

• Родионова Людмила Дмитриевна
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Родионова Людмила Дмитриевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Общие представления о коррозии

1.1.1. Факторы влияющие на коррозию в электролитах

1.1.2. Атмосферная коррозия

1.2. Способы защиты металлов от коррозии

1.2.1. Супергидрофобные покрытия

1.2.1.1. Общая характеристика смачивания твердой поверхности

1.2.1.2. Методы получения супергидрофобных покрытий на металлах и сплавах

1.2.1.3. Применение супергидрофобных покрытий для защиты металлов

1.3. Дискуссия вокруг моделей Венцеля и Касси-Бакстера

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Объекты исследования

2.2. Методы проведения коррозионных испытаний

2.3. Метод поляризационных кривых

2.4. Методика электрохимической импедансной спектроскопии

2.5. Измерение краевых углов смачивания поверхности

2.6. Электронная микроскопия

2.7. Статистическая обработка экспериментальных данных

ГЛАВА 3. ЗАЩИТНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СУПЕРГИДРОФОБНЫХ

ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ФТОРОКСИСИЛАНА

3.1. Гравиметрические коррозионные испытания

3.1.1. Воздушная среда при 100% влажности в присутствии стимуляторов коррозии

3.1.2. Газовая и жидкая фазы растворов NaCl (50 г/л) и NACE, насыщенных CO2 (1 изб. атм.)

3.1.3. Газовая и жидкая фазы растворов 1 и 3% SO2

3.2. Электрохимические исследования

3.2.1. Поляризационные измерения

3.2.2. Результаты, полученные с использованием электрохимической импедансной спектроскопии

Заключение по 3 главе

Глава 4. Защитная эффективность супергидрофобных покрытий, полученных электрохимически с использованием высших карбоновых кислот

4.1. Гравиметрические коррозионные испытания

4.1.1. Воздушная среда при 100% влажности в присутствии стимуляторов коррозии и дистиллированная вода

4.1.2. Газовая и жидкая фазы растворов NaCl (50 г/л) и NACE, насыщенных CO2 (1 изб. атм.)

4.1.3. Газовая и жидкая фазы растворов 1 и 3% SO2

4.2. Электрохимические исследования

4.2.1. Поляризационные измерения

4.2.2. Результаты, полученные с использованием электрохимической импедансной спектроскопии

4.3. Влияние способа получения супергидрофобного покрытия на основе никеля на защитные свойства

4.3.1. Результаты коррозионных испытаний

4.3.2.Электрохимические исследования защитной эффективности СГФ покрытия на основе Ni

Заключение к главе

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ЗАВИСИМОСТИ ВЕЛИЧИНЫ КРАЕВОГО УГЛА СМАЧИВАНИЯ ОТ РАЗМЕРА КАПЛИ ЖИДКОСТИ

5.1. Краевой угол смачивания как функция размера капли (теоретический вывод)

5.2. Экспериментальная проверка формулы котангенса

4

Заключение к главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Приложение

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние характера среды на антикоррозионные свойства супергидрофобных покрытий на стали»

Актуальность:

В настоящее время как в нашей стране, так и в многих других странах мира ведется разработка гидрофобных покрытий и материалов. Это связано с тем, что такие материалы и покрытия имеют большой практический интерес, так как они характеризуются уникальными функциональными свойствами. В частности, такими, как водонепроницаемость, устойчивость к биообрастанию, к неорганическим, а в ряде случаев и к органическим загрязнениям, стойкость к коррозии, обеспечение скольжения жидкого потока вблизи гидрофобной поверхности, управляемые электроизоляционные свойства и т.д.

Наличие такого многообразия функциональных характеристик и приводит к активному изучению и разработке подобных покрытий и материалов для решения существующих проблем и применения в различных областях деятельности человека.

Наибольший интерес представляют супергидрофобные покрытия и материалы, которые имеют краевые углы смачивания в > 150° и низкий

гистерезис 1-3°.

Особенно актуально исследование антикоррозионных свойств супергидрофобных покрытий в различных средах.

Атмосферная коррозия металлов и сплавов часто протекает при наличии в атмосферном воздухе агрессивных компонентов, являющихся стимуляторами коррозии (СК), которыми (помимо кислорода) могут выступать, в частности, SO2, H2S, CO2 и NH3. Они присутствуют в атмосфере вследствие, например, технологических процессов переработки сульфидов металлов (SO2 и H2S), работы животноводческих комплексов (NH3, CO2 и H2S).

При разработке нефтегазовых месторождений важно обеспечить защиту оборудования от агрессивной коррозионной среды. И если сама

нефть, как смесь углеводородов, не проявляет особой коррозионной активности, то агрессивные компоненты, входящие в состав сопутствующих пластовых вод, быстро разрушают металлические конструкции. Такими агрессивными компонентами являются Н2Б, С02, 02.

Коррозионные разрушения стального оборудования ведут как к экономическим потерям (прямым и косвенным), так и к загрязнению окружающей среды. Мировые ресурсы металла ограничены, а его потери вследствие коррозии приводят к дополнительным затратам энергии и воды.

Использование супергидрофобных покрытий является одним из перспективных методов защиты металлов и сплавов от коррозии в различных условиях.

Цель работы: Определение долговечности ряда супергидрофобных покрытий в различных средах и влияния размера капли жидкости на оценку супергидрофобности.

Задачи работы:

1. Оценка защиты стали супергидрофобным покрытием на основе фтороксисилана посредством гравиметрии и измерений краевого угла смачивания при последовательных коррозионных испытаниях в атмосферах с Н2Б, С02 и МН3, в газовой и жидкой фазах сред нефтегазового комплекса и растворов Б02

2. Поляризационные и импедансные исследования защитных свойств супергидрофобного покрытия на основе фтороксисилана.

3. Оценка гравиметрическим методом и посредством измерений краевого угла смачивания антикоррозионных свойств супергидрофобных покрытий на основе никеля и цинка, полученных на стали электроосаждением, в средах нефтегазового комплекса и в условиях атмосферной коррозии в присутствии SO2, Н2Б, С02 и МН3

4. Оценка защитной эффективности электрохимически полученных на стали СГФ покрытий методами потенциодинамической поляризации и импедансной спектроскопии.

5. Оценка влияния способа получения электроосаждением СГФ покрытия на основе никеля на антикоррозионную защиту стали в указанных выше средах.

6. Теоретический вывод зависимости краевого угла смачивания от размера капли жидкости на СГФ покрытии и экспериментальная проверка формулы и области ее применения.

Объект исследования: супергидрофобные покрытия разных типов на углеродистой стали

Предмет исследования: защитная эффективность супергидрофобных покрытий

Научная новизна:

1. Впервые проведена оценка долговечности супергидрофобного покрытия на основе фтороксисилана посредством последовательных коррозионных испытаний в атмосферах, содержащих H2S, CO2 и NH3 в предельно допустимых концентрациях, и далее в газовой и жидкой фазах растворов NaCl и NACE, насыщенных СО2 (1 избыточная атмосфера) и 1 и 3% растворов SO2.

2. Проведена оценка антикоррозионных свойств супергидрофобных покрытий на основе никеля и цинка, полученных электрохимически, при длительных испытаниях в атмосферах, содержащих H2S, CO2 и NH3, в газовой и жидкой фазах растворов NaCl и NACE, насыщенных СО2, 1 и 3% растворов SO2.

3. Показано влияние способа электрохимического получения СГФ покрытий на основе никеля на защитную эффективность по отношению к стали в ряде агрессивных сред.

4. Экспериментально подтверждена впервые теоретически выведенная зависимость величины краевого угла смачивания от размера капли жидкости и оценена область ее применения.

Практическая и теоретическая значимость: Полученные

экспериментальные данные по защитной эффективности супергидрофобных

8

покрытий разного типа могут быть использованы для организации защиты стального оборудования и техники от атмосферной коррозии в условиях 100%-ой влажности и присутствия микрокомпонентов, стимулирующих коррозионный процесс, типа SO2, H2S, CO2 и NH3.

Тема гидрофобизации и супергидрофобизации поверхности как метода защиты металлов от коррозии внедрена в учебный процесс ФГБОУ ВО "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина"

Полученные в работе результаты развивают представления о гидрофобности и супергидрофобности покрытий, определяемых по величине краевого угла смачивания. Предложенная формула котангенса, интерпретирующая зависимость краевого угла смачивания от размера капли жидкости на плоской поверхности, подтвержденная экспериментальными данными, может быть использована для уточнения определений гидрофобности и супергидрофобности.

Методология и методики диссертационного исследования основаны на методах электрохимической кинетики. а также на экспериментальных методах: гравиметрических (коррозионных испытаниях при 100% влажности в отсутствие и присутствии стимуляторов коррозии, в газовой и жидкой фазах растворов NaCl и NACE, насыщенных CO2, в газовой и жидкой фазах 1 и 3% растворов SO2); электрохимических методах (потенциодинамических поляризационных измерений, спектроскопии электрохимического импеданса); определениях краевых углов смачивания; сканирующей электронной микроскопии, ИК Фурье спектроскопии, испытаниях в камере солевого тумана. Обработка экспериментальных данных осуществлена с помощью методов математической статистики.

Положения, выносимые на защиту:

1. Данные гравиметрических испытаний и измерений краевого угла смачивания супергидрофобных покрытий на основе фтороксисилана на углеродистой стали при последовательных коррозионных испытаниях в ряде

агрессивных сред, подтверждающие долговечность покрытий.

9

2. Данные поляризационных и импедансных исследований защитных свойств супергидрофобного покрытия на основе фторокисилана на стали в средах нефтегазового комплекса и атмосферных условиях

3. Данные гравиметрических испытаний и измерений краевого угла смачивания супергидрофобных покрытий на основе никеля и цинка на стали в средах нефтегазового комплекса и в условиях атмосферной коррозии в присутствии SO2, Н2Б, С02 и МНз

4. Данные электрохимических исследований защитной эффективности супергидрофобных покрытий на основе никеля и цинка на стали в указанных выше средах.

5. Сравнительные результаты по защитной эффективности СГФ покрытий на основе никеля на стали, полученных двумя способами, по данным гравиметрических и электрохимических испытаний.

6. Формула зависимости краевого угла смачивания СГФ покрытия от размера капли жидкости и оценка разумной области ее применения.

Степень достоверности результатов.

Достоверность результатов, представленных в работе, обеспечивается применением современного сертифицированного оборудования, комплекса независимых и взаимозаменяющих методов исследования: коррозионных гравиметрических испытаний, потенциодинамических поляризационных измерений, измерений краевого угла смачивания, спектроскопии электрохимического импеданса и сканирующей электронной микроскопии.

Личный вклад автора состоит в анализе литературных данных, планировании, проведении экспериментов и интерпретации экспериментальных данных, подготовке и оформлении научных публикаций. Постановка цели и задач исследования, а также обсуждение полученных результатов проведено автором совместно с научным руководителем д.х.н. профессором Л.Е. Цыганковой.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы докладывались на Международных конференциях «Актуальные вопросы электрохимии, экологии и защиты от коррозии», посвященной памяти профессора, заслуженного деятеля науки и техники РФ В.И. Вигдоровича (Тамбов, ТГТУ, 2021 и 2023 г); Международной конференции "Обработка поверхности и защита от коррозии", посвященной 100-летию РХТУ имени Д.И. Менделеева (Москва, 2021), I Всероссийской научной конференции с международным участием «Теоретические и прикладные аспекты электрохимических процессов и защита от коррозии» (Казань, 2024), XXVII и ХХ1Х Державинских чтениях (Тамбов, 2022 и 2024), Х Всероссийской конференции с международным участием - ФАГРАН-2024 (Воронеж).

Публикации: Материалы диссертации опубликованы в 15 научных работах, из которых 7 - в журналах, индексированных в Web of Science и Scopus; 1 - в журналах, рекомендованных ВАК; 7 - в материалах других периодических изданий и научных конференций.

Структура и объем диссертации.

Диссертация включает введение, 5 глав, обобщающие выводы, список цитируемой литературы из 131 отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 180 страницах машинописного текста, содержит 84 рисунков, 48 таблиц, 2 приложения.

Благодарность. Автор диссертации выражает глубокую благодарность д.ф.-м.н., Михаилу Владимировичу Вигдоровичу за активную помощь в теоретическом выводе зависимости краевого угла смачивания от размера капли жидкости и экспериментальной проверке полученной формулы.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1. Общие представления о коррозии

Электрохимическая коррозия является наиболее распространённым типом коррозионного разрушения металлов и сплавов в естественных условиях эксплуатации, при котором окисление металла и восстановление деполяризатора протекают не в одном акте [1-5]. Этот тип коррозии возникает при контакте металлов с растворами электролитов, при этом на поверхности одновременно протекают процессы ионизации металла и восстановление компонентов среды.

Электрохимическая коррозия встречается повсеместно. К ней относятся:

- атмосферная коррозия во влажной газовой или воздушной среде;

- коррозия в электролитах - кислотная, щелочная, солевая и т.д.;

- почвенная коррозия;

- электрокоррозия - коррозия, вызванная блуждающими токами;

- контактная коррозия металлов - разрушение металла вследствие контакта с другим более электроположительным металлом;

- коррозия под напряжением - одновременное воздействие механических напряжений и агрессивной среды.

Различают несколько видов коррозионного разрушения металлов и сплавов (рис.1.1) [1, 2, 4].

Й г ж 3

Рисунок 1.1. Виды коррозионного разрушения: а - сплошная равномерная, б - сплошная неравномерная, в - структурно-избирательная, г -пятнами, д - язвами, е - точками (питтинг), ж - подповерхностная, з -межкристаллитная [3].

Реальные формы коррозии могут находиться между характерными типами, показанными на рисунке 1.1.

Основной причиной возникновения коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов, которые под действием окислителей самопроизвольно переходят в более стабильное - окисленное -состояние [2-6].

На границе двух фаз - поверхность металла и коррозионная среда -возникает скачек потенциала, который определяется переходом заряженных частиц из одной фазы в другую или избирательной адсорбций заряженных или полярных частиц одной фазы на поверхности другой с образованием двойного электрического слоя.

Термодинамическая возможность протекания процесса электрохимической коррозии можно определить по изменению свободной энергии Гиббса - в направлении уменьшения АО.

== -Епи<о (1.1)

где АО - изменение свободной энергии Гиббса;

п- число грамм-эквивалентов вещества, принимающего участие в реакции; Е- разность потенциалов катодного и анодного процесса.

Реальная скорость коррозии определяется совокупностью многих факторов - состоянием поверхности металла или сплава, особенностями его структуры, составом коррозионной среды, скоростью ее движения и температурой, и др.

При электрохимической коррозии протекают, по крайней мере,две сопряженные электрохимические реакции, которые пространственно разделены:

- анодный процесс ионизации металла с высвобождением электронов;

- катодный процесс восстановления окислительного компонента среды,

идущий с ассимиляцией (поглощением) электронов.

13

Вид процесса окисления зависит от природы металла, состава ирН среды [8]:

1) в кислой среде происходит активное окисление металла с образованием простых ионов [7]:

Ме0 = Меп++ пе" (1.3)

2) в нейтральной, слабо- и средне-щелочной среде происходит образование труднорастворимых гидроксидов и оксидов металла:

2Ме0 +Н2О = Ме20 + 2Н+ + 2е- (1.4)

Ме0 + Н2О = МеО + 2Н+ + 2е- (1.5)

2Ме0 + ЗН2О = Ме20з + 6Н+ + 6е- (1.6)

Ме0+2Н2О = Ме(0Н)2 + 2Н+ + 2е- (1.7)

Ме0+3Н20 = Ме(ОН)з + 3Н+ + Зе- (1.8)

3) в сильнощелочной среде растворение металла сопровождается образованием сложных кислородсодержащих анионов:

Ме0 + 2Н2О = (НМеО2)- + 3Н+ + 2е- (1.9)

Ме0 + 2Н2О = (МеО2)2- + 4Н+ + 2е- (1.10)

Ме0 + 2Н2О = (МеО2)- + 4Н+ + 3е- (1.11)

Акцепторами электронов могут быть [8]: -ионы Н+ или молекулы Н2О (водородная деполяризация): в кислых растворах:

Н3О+ + е = 0,5 Н2 + Н2О (1.12)

в щелочных растворах:

2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН- (1.13)

-кислород О2 (кислородная деполяризация): в нейтральных и щелочных растворах:

О2 + Н2О +4е = 4ОН- (1.14)

в кислых растворах:

О2 + 4Н+ + 4е = 2Н2О (1.15)

1.1.1. Факторы влияющие на коррозию в электролитах

Влияние температуры [5]. При повышении температуры скорость коррозионного разрушения металлов, как правило, возрастает, что вызвано:

-увеличением скорости диффузии деполяризатора к поверхности металла и продуктов коррозии от поверхности;

-снижением перенапряжения и увеличением скорости электрохимических реакций;

- увеличением скорости растворения продуктов коррозии;

- увеличением скорости промежуточных химических реакций.

Если коррозия протекает с выделением водорода, то ее скорость увеличивается более чем вдвое с повышением температуры на 30о.

Снижение скорости коррозии при повешении температуры может наблюдаться в нейтральных средах вследствие снижения растворимости кислорода. Однако это справедливо для открытой системы. В закрытой системе кислород не может улетучиваться и скорость коррозии будет расти, пока не израсходуется весь кислород.

Влияние давления наблюдается для процессов коррозии с кислородной деполяризацией, так как при повышении давления увеличивается растворимость кислорода в среде. В случае водородной деполяризации это может приводить к облегчению процесса наводороживания.

При перемешивании скорость коррозии возрастает, т.к. происходит беспрепятственный отвод продуктов коррозии и кислород также беспрепятственно поступает к поверхности. Однако при определенной скорости перемешивания для металлов, склонных к пассивации, возможно снижение скорости коррозии при наличии в среде окислителя. Для железа в соляной кислоте скорость перемешивания не оказывает влияния на скорость коррозии.

Влияние рН. Величина рНоказывает влияние на изменение

растворимости продуктов коррозии и возможность образования защитных

15

пленок. При рН< 4 пленка оксида железа растворяется, и металл находится в контакте с водной средой, увеличение скорости коррозии является следствием значительной скорости кислородной деполяризации и выделения водорода.

При рН> 10 скорость коррозии железа уменьшается, т.к. происходит пассивация. При значительном повышении рН (например, 16н №ОН) пассивность железа нарушается и процесс коррозии протекает с образованием феррита натрия (в присутствии растворенного кислорода) или гипоферрита натрия и выделениемводорода (в отсутствие кислорода) [4].

При 4 <рН< 10 скорость коррозии железа определяется только скоростью диффузии кислорода к поверхности, при этом основным барьером является пленка оксида железа (II), которая постоянно обновляется.

Влияние состава среды [5]. При повышении концентрации хлорида натрия в воде (до 3%) скорость коррозии железа увеличивается, при дальнейшем повышении концентрации скорость коррозии снижается. Это связано со снижением растворимости кислорода в среде при повышении концентрации №01. Другие соли щелочных металлов (КС1, ЫС1, К1, Ка2БО4и т.д.) оказывают примерно такое же влияние, как и №01. Соли щелочноземельных металлов несколько менее активны.

Наличие в среде солей, при гидролизе которых образуются кислые растворы (А1С13, МБО4, БеС12), приводит к коррозии с одновременной кислородной деполяризацией и выделением водорода, скорость коррозии при этом соответствует скорости коррозии в кислотах при таких же значениях рН. Растворы аммонийных солей приводят к увеличению скорости коррозии железа также за счет способности катионов аммония образовывать комплексные соединения с Бе2+. Например, в растворах минеральных солей (КЩЫО^ скорость коррозии может достигать очень высоких значений отчасти из-за деполяризационной способности КО3-.

Соли, дающие при гидролизе растворы с рН> 10, замедляют коррозию и пассивируют железо.

Соли-окислители могут как ускорять коррозию (БеС13, №00, СиС12), так и замедлять (Ка2СЮ4, №N03, КМПО4).

Наличие растворенного в среде углекислого газа приводит к коррозионному разрушению. В зависимости от условий среды это может быть как общая коррозия, так и питтинг, коррозионное растрескивание или щелевая коррозия [9].

Углекислотная коррозия зависит от концентрации растворенного углекислого газа и его парциального давления.

При одинаковой величине рН коррозия в углекислотной среде протекает более интенсивно, чем в эквимолярных растворах сильных кислот. Есть 2 объяснения этому явлению. Первое состоит в том что в растворах, кроме ионов Н+ и НС03-,находятся молекулы Н2СО3, которые играют роль буфера и обеспечивают пополнение ионов Н+, за счет их образования в приэлектродном слое при диссоциации Н2СО3. Второе в том, что Н2СО3, СО2, ионы НСО3- участвуют в катодном процессе [10].

Нахождение в молекулярной или ионной форме зависит от рН раствора [11.]. При рН < 5 растворенный СО2 находится молекулярной форме Н2СО3. Адсорбированная угольная кислота является деполяризатором и катодный процесс протекает по реакции:

Н2СО3 ад + е ^ Над + НСО3-ад (1.16)

Ионы Н3О+, которые участвуют в процессе, могут образовываться в адсорбированном виде или в объеме раствора:

Н2СО3 ад + Н2О ^ Н3О+ад + НСО3-ад (1.17)

Н2СО3 р-р + Н2О ^ Н3О+р-р + НСО3- (1.18)

С увеличением концентрации Н3О+возрастает роль конкурирующих реакций:

Н3О+р-р+ е ^ Над + Н2О (1.19)

Н3О+ад+ е ^ Над + Н2О (1.20)

В растворах с рН = 6,5-6,8 находятся молекулы Н2СО3 и ионы НСО3- и катодный процесс идет по реакциям (1.16), (1.19), (1.20) или по механизму:

НСО3-р-р + е ^ Над + СО32- (1.21)

НСО3-ад+ е ^ Над + СО32- (1.22)

2 Над^ Н2Т (1.23)

С увеличением РСО2 в системе будет возрастать доля реакций (1.20) и (1.22) в общем катодном процессе.

В среде с рН> 6,8 преобладают ионы НСО3- и катодный процесс, в основном, протекает по уравнению (1.21)

При рН > 7 будет увеличиваться роль реакции

2Н2О + + 2ОН- (1.24)

Наличие ионов ОН- создает условия для образования ионов СО32- по реакции:

НСО3- + ОН-^Н2О + СО32-, (1.25)

Благодаря этому на поверхности металла образуется защитный слой сидерита.

Кроме того, при наличии кислорода в среде возможна реакция:

1/2О2 + Н2О + 2е^ 2ОН-. (1.26)

Катодный ток в общем виде можно записать [12]:

/к = /н2со3 + /нсо3- + /н3о+ + /н2о + ю2 (127)

где величины обусловлены рН, давлением СО2, температурой, химическим составом и скоростью движения среды.

В анодном процессе растворения железа при углекислотной коррозии участвуют ионы ОН-, что объясняет возрастание скорости растворения при переходе к более щелочным растворам [13]. Анодными процессами являются [12]:

рН < 7, Бе + 2Н2О ^ Бе(ОН)2тв + 2Н+ + 2е (1.28)

рН > 7, 2Бе + О2 + 2Н2О ^ 2Бе(ОН)2та (1.29)

При рН<5 в средах, содержащих растворенный С02,может протекать конкурирующая реакция:

Бе + 2Н2СО3^ Бе(НСО3)2 + Н2 (1.30)

Со временем гидрокарбонат железа распадается:

Бе(НСО3)2 ^Бе2+ + 2НСО3- (1.31)

НСО3- ^ Н+ + СО3-2 (1.32)

Бе2++ СО3-2 ^ БеСО3тв (1.33)

На поверхности железа образуется защитный слой сидерита. В средах с рН > 6,8 БеС03 может образовываться:

Бе +НСО3- ^ БеСО3тв + Н++ 2е (1.34)

Бе(0Н)2 + НСО3- ^ БеСО3^+ Н2О + ОН- (1.35) В средах с повышенным содержанием НСО3- происходит снижение защитных свойств пленки по реакции:

БеСО3тв + НСО^ [Бе(СО3)2]2- + Н+ (1.36)

Наличие Н^ в среде может вызывать общую коррозию, локальную коррозию и коррозионное растрескивание. В минерализованных и сточных водах сероводород стимулирует катодный и анодный процессы и способствует проникновению атомарного водорода в металлы, что вызывает сульфидную хрупкость.

Коррозионные разрушения железа и стали обусловливаются сульфидами железа, образующимися на поверхности, которые могут тормозить или ускорять процесс коррозии. Это зависит от условий образования сульфидной пленки и ее морфологии. При различной концентрации Н2Б в среде могут образовываться сульфиды с разной структурой [14]. При С(Н^)<2,0 мг/л пленка по большей части состоит из (троилита), FeS2 (пирита) и Fe2S (марказита). При увеличении концентрации до 20 мг/л и больше в пленке преобладает Fe9S8 (канзит). При этом, катодный процесс преимущественно протекает на сульфидах, а анодный - на открытой части металла.

В зависимости от рН сероводород может находиться в среде в разных формах. При рН<6 сероводород преимущественно находится в молекулярно-растворимом виде, при рН>6 начинают появляться ионы НБ- , а при рН>10 в небольших количествах появляются ионы Б2- [9].

Согласно механизму, предложенному З. А. Иофа [15], стимулирование скорости анодного процесса происходит из-за образования на поверхности металла катализатора:

Fe + Н2S + Н2О ^ (FeНS-)адс + Н3О+ (1.37)

(FeНS-)адс ^ (FeНS)+ + 2е (1.38)

(FeНS)+ + Н3О+ ^ Fe2+ + Н2S + Н2О + 2е (1.39)

Образование такого комплекса приводит к облегчению ионизации за счет ослабления связи между атомами металла. В результате взаимодействия

Бе2+ + Н2S ^ FeНS+ + Н+ (1.40)

происходит снижение концентрации ионов Fe2+ в приэлектродном слое и сдвиг электродного потенциала в отрицательную сторону, и, следовательно, усиление анодного процесса [15].

В [16] предложено 2 схемы растворения железа в кислых средах, насыщенных сероводородом:

I. Fe + Н2S + Н2О ^ ^еШ-)адс + Н3О+ (1.41)

(FeНS-)адс ^ (FeНS)адс + е (1.42)

II. Fe + Н2S + Н2О ^ ^еШ)адс+ Н3О+ + е (1.43) Затем промежуточный комплекс ^еШ)адс окисляется

^еШ)аДО ^ (FeНS+)адс + е (1.44)

Эта стадия лимитирующая.

Полученный в (1.44) комплекс быстро разлагается по реакции:

^еШ+)адс + Н3О+ ^ Fe2+ + Н2S + Н2О (1.45)

I схема выполняется при низких плотностях анодного тока, где преобладает процесс хемосорбции водорода. По II схеме процесс идет при

высоких положительных потенциалах.

20

Облегчение протекания катодного процесса в сероводородных средах объясняется за счет его более легкого образования водорода, согласно реакциям [9]:

Н2S + е ^ Надс + Ш- (1.46)

Ш- + Н3О+ ^ Н2S +2Н2О (1.47)

или

Н2S +2е ^ 2Надс +S2- (1.48)

S2- + 2Н3О+ ^ Н2S +2Н2О (1.49)

Также возможно восстановление водорода из протонированных молекул Н^+ , которые восстанавливаются легче Н3О+ :

Н2S ^ ^)адс (1.50)

(Н2S)адс + Н3О+ ^ (НзS+)адс + Н2О (1.51)

^+)адс + е ^ Надс + ^)адс (1.52)

По И.Л Розенфельду [9], адсорбированные на поверхности железа ионы Ж- взаимодействуют с Н30+ из раствора с образованием каталитического комплекса Fe(H-S-H)адс, протоны легко восстанавливаются в катодном процессе до адсорбированных атомов водорода.

Бе + Ш- ^ Fe(HS-)адс (1.53)

Fe(HS-)адс + Н30+ ^ Fe(H-S-H)адс + Н2О (1.54)

Fe(H-S-H)адс+ е ^ Fe(HS-)адс + Надс (1.55) Последняя стадия лимитирует общую скорость коррозии, сероводород здесь является катализатором и ускоряет разряд ионов гидроксония. Восстановленные атомы водорода или рекомбинируют или адсорбируются на поверхности, что приводит к водородной хрупкости металла.

1.1.2. Атмосферная коррозия.

Атмосферная коррозия протекает в сухой и влажной газовой или

воздушной среде [17, 18].

Скорость атмосферной коррозии зависит от природы металла,

влажности и загрязненности атмосферы. Основным фактором, оказывающим

21

влияние на скорость коррозионного разрушения при эксплуатации конструкций и оборудования, является вода (рис. 1.2) [4].

При относительной влажности до 60% на поверхности металла отсутствуют следы влаги, и коррозия протекает по химическому механизму, на поверхности образуются защитные пленки продуктов коррозии, которые тормозят дальнейшее разрушение металла.

При относительной влажности 60-70% на поверхности образуется адсорбированный слой влаги. Такая влажность называется критической и зависит от природы, состояния металла и загрязненности атмосферы. В этих условиях (адсорбированная пленка влаги) на поверхности металла образуется электролит и реализуется электрохимический механизм коррозии. Скорость коррозии возрастает, т.к. кислород легко проникает через тонкую пленку влаги, однако анодный процесс затруднен за счет продуктов коррозии.

При относительной влажности, близкой к 100%, либо при увлажнении поверхности за счет дождя или тумана, происходит образование видимых пленок влаги. В данном случает затруднен подвода кислорода к поверхности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Родионова Людмила Дмитриевна, 2024 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Мальцева, Г. Н. Коррозия и защита оборудования от коррозии: Учеб. пособие. // Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та. 2000.211 с.

2. Жарский, М.И., Иванова, Н.П., Куис, Д.В., Свидунович, Н.А., Коррозия и защита металлических конструкций и оборудования: учеб.пособие. // Минск: Высш. шк., 2012. 303 с.

3. Семенова, И.В., Флорианович, Г.М., Хорошилов, А.В., Коррозия и защита от коррозии. // М: ФИЗМАТЛИТ, 2002. 336 с.

4. Шлугер, М.А., Ажогин, Ф.Ф., Ефимов, Е.А., Коррозия и защита металлов. // М: «Металлургия».1981. 216 с.

5. Улиг, Г.Г. Коррозия и борьба с ней. Введение коррозионную науку и технику: Пер. с англ. // Л: Химия, 1989. Пер. изд., США, 1985. 456 с.

6. Цыганкова, Л.Е, Вигдорович, В.И., Поздняков, А.П., Введение в теорию коррозии металлов. Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности «Химия». // Тамбов: Изд-во ТГУ им. Г.Р. Державина, 2002. 311 с.

7. Новгородцева, О. Н., Рогожнико, Н.А., Коррозия металлов и методы защиты от коррозии: учебное пособие. // Новосибирск: НГТУ, 2019. 162 с.

8. Замалетдинов, И. И. Электрохимическая коррозия и защита металлов: учебное пособие. // Пермь: ПНИПУ, 2010. 152 с.

9. Розенфельд, И.Л. Ингибиторы коррозии. // М.: Химия, 1977. 352

с.

10. Маркин А.Н., Низамов, Р.Э., CO2 - коррозия нефтепромыслового оборудования. // М.: ОАО "ВНИИОЭНГ", 2003. 189 с.

11. Моисеева, Л.С., Куксина, О.В., О зависимости коррозии стали в бескислородной водной среде от рН и давления СО2 // Защита металлов. 2003. Т. 39. № 5.С. 542-551.

12. Моисеева, Л.С., Кузнецов, Ю.И., Ингибирование углекислотной коррозии нефтегазопромыслового оборудования // Защита металлов. 1996. Т. 32. № 6. С. 565-577.

13. Маркин, А.Н. О механизмах углекислотной коррозии стали // Защита металлов. 1996. Т. 32. № 5. С. 497-503.

14. Sardisco, J.,Wright W., Greco E.,Corrosion of iron in an H2S-C02-H2O system: corrosion film properties on pure iron // Corrosion. 1963. V. 19. № 10. P. 354-359

15. Иофа, З. А. О действии сероводорода на коррозию железа и адсорбцию ингибиторов в кислых растворах // Защита металлов. 1980. Т. 6. № 5. С. 491-498.

16. Ma, H., Li, G., Chen, Sh., Relations between the ElS and Mechanism for the Consecutive Charge-Transfer Reaction // J. Electroan. Chem. 1998. 14(09).P. 833-840. D01:10.3866/PKU.WHXB19980913

17. Розенфельд, И.Л. Атмосферная коррозия металлов. // Москва: Изд-во Акад. наук СССР, 1960. 372 с.

18. Михайловский, Ю.Н. Атмосферная коррозия металлов и методы их защиты. // М.: Металлургия, 1989. 103 с.

19. Кузьмина, М. Ю. Защита металлов от коррозии покрытиями: учебное пособие. // Иркутск: ИРНИТУ, 2021. 216 с.

20. Tsygankova, L.E., Vigdorowitsch, M.,Anti-corrosion effectiveness of superhydrophobic coatings on metals. Overview // International Journal of Corrosion and Scale Inhibition. 2022. Vol. 11. No. 3. P. 889-940.

21. Scarratt, L.R.J.,Steiner,U., Neto Ch.,A review on the mechanical and thermodynamic robustness of superhydrophobic surfaces // Advances in Colloid and Interface Science. 2017. Vol.246. P.133-152

22. Hooda A., Goyat, M.S., Pandey, J.K., Kumar, A., Gupta, R., A review

on fundamentals, constraints and fabrication techniques of superhydrophobic

coatings // Prog. Org. Coat. Vol.142. 2020.

105557.D0I:10.1016/j.porgcoat.2020.105557

164

23. Gupta R., Verma R., Kango S., Constantin A., Kharia P., Saini R., Kudapa V., Mittal A., Prakash J., Chamoli P.,A critical review on recent progress, open challenges, and applications of corrosion-resistant superhydrophobic coating // Materials Today Communications Vol. 34. No.3.2023. 105201. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2022.105201

24. KumarV., Verma, R., Sharma, V.S.,Sharma V., Recent progresses in super-hydrophobicity and micro-texturing for engineering applications. // Surf. Topogr. Metrol. Prop. Vol.9. No.4. 2022.043003. D0I:10.1088/2051-672X/ac4321

25. Воюцкий, С.С. Курс коллоидной химии. // М.: Химия,1975 - 513

c.

26. Бойнович, Л.Б., Емельяненко. А.М., Гидрофобные материалы и покрытия: принципы создания, свойства и применение. // Успехи химии. 2008. Т.7. №7. С. 619-638.

27. Фролов, Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. // М.: Химия,1988. 464 с.

28. Бойнович, Л.Б. Супергидрофобные покрытия - новый класс полифункциональных материалов. // Вестник РАН. 2013. Т.8. №1. С. 10-22.

29. Сумм, Б. Д. Гистерезис смачивания. // Соросовский образовательный журнал. 1999. №7. С. 98-102.

30. Сумм, Б. Д., Горюнов Б.Д., Физико-химические основы смачивания и растекания // М.: Химия, 1976. 232 с.

31. Young, T. An essay on the cohesion of fluids. // Philos Trans R Soc. Lond.1805.

32. Shirtcliffe, N.J., McHale, G., Atherton S., Newton M.I., An introduction to superhydrophobicity. // Adv. Colloid Interface Sci. Vol.161. 2010. P.124-138.D01:10.1016/j.cis.2009.11.001

33. Гамбург, Ю. Д. Химическая термодинамика [Электронный

ресурс]: учебное пособиею. Эл. изд. Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf:

240 с.). // М.: Лаборатория знаний, 2016.

165

34. Zhang B., Xu, W., Zhu Q., Yuan Sh., Li Y., Lotus-Inspired Multiscale Superhydrophobic AA5083 Resisting Surface Contamination and Marine Corrosion Attack // Materials. 2019. Vol.12. No.10. 1592. DOI: 10.3390/ma12101592

35. Урядников А.А., Урядникова М.Н., Цыганкова Л.Е., Алехина, О.В., Бердникова, Г.Г, Родионова, Л.Д., Супергидрофобные покрытия. Теория и практика: учебно-методическое пособие. // М-во науки и выш. Обр РФ, ФГБОУ ВО «Тамб. гос. ун-т им. Г.Р. Державина». Тамбов: Издательский дом "Державинский". 2022. Текст: электронный. Режим доступа: для авторизир. пользователей. <URL:https://eHbrary.tsutmb.ru/dl/docs/eHb785.pdf>

36. Jung, Y.C.,Bhushan B.,Contact angle, adhesion and friction properties of micro- and nanopatterned polymers for superhydrophobicity. // Nanotechnology. Vol.17 (19). 2006. P.4970-4980. DOI:10.1088/0957-4484/17/19/033

37. Mohamed A.M.A.A., Abdullah A. M., Younan N. A., Corrosion behavior of superhydrophobic surfaces: a review // Arab. J. Chem. Vol.8. 2015. P.749-765.DOI:10.1016/j.arabjc.2014.03.006

38. Dupont, J. Legendre, D., Numerical simulation of static and sliding drop with contact angle hysteresis. // J. Comput. Phys. Vol.229. No.7. 2010. P.2453-2478.DOI:10.1016/j.jcp.2009.07.034

39. Kong, B., Yang X., Dissipative particle dynamics simulation of contact angle hysteresis on a patterned solid/air composite surface. // Langmuir. Vol.22. No.5. 2006. P.2065-2073.DOI:10.1021/la051983m

40. Koishi T., Yasuoka K., Fujikawa S., Chen X., Measurement of contact-angle hysteresis for droplets on nanopillared surface and in the Cassie and Wenzel states: a molecular dynamics simulation study. // ACS Nano. Vol.5. No.9. 2011. P.6834-6842.DOI:10.1021/nn2005393

41. Lafuma, A. Quere D., Superhydrophobic states. // Nat. Mater. Vol.2. No.7. 2003. P.457-460.DOI:10.1038/nmat924

42. Клындюк А.И. Поверхностные явления и дисперсные системы: учеб. пособие для студентов химико-технологических специальностей. // Минск: БГТУ, 2011. 317 с.

43. Liu, R. Chi Zh., Cao L., Weng Z.K., Wang L., Li, L., Saeed S., Lian Zh., Wang Z., Fabrication of biomimetic superhydrophobic and anti-icing Ti6Al4V alloy surface by direct laser interference lithography and hydrothermal treatment// Appl. Surf. Sci. Vol.534. 2020. 147576.D0I:10.1016/j.apsusc.2020.147576

44. Kim S., Kim, D.H., Choi, S.H., Kim, W.Y., Kwon, S., Cho, Y.T., Effect of surface pattern morphology on inducing superhydrophobicity // Appl. Surf. Sci. Vol.513. 2020. 145847. D0I:10.1016/j.apsusc.2020.145847

45. He, Y.,Jiang, Ch., Yin H., Chen J., Superhydrophobic silicon surface with micro-nano hierarchical structures via deep reactive ion etching and galvanic etching // J. Colloid Interface Sci. Vol. 364. No.1. 2011. P.216-229. DOI: 10.1016/j.jcis.2011.07.030

46. Qian, B.,Shen Z.,Fabrication of Superhydrophobic surfaces by dislocation-selective chemical etching on aluminum, copper, and zinc substrates // Langmuir. Vol.21. No.20. 2005. P.9007-9009.D0I:10.1021/la051308c

47. Zhang, Y., Zhang, Zh., Yang, J., Yue Y., Zhang, H., Fabrication of superhydrophobic surface on stainless steel by two-step chemical etching // Chem Phys Lett. Vol.797. No.21. 2022. 139567. D0I:10.1016/j.cplett.2022.139567

48. Zhang, X., Zhao, J., Mo, J., Sun, R., Li, Z., Guo, Z. Fabrication of superhydrophobic aluminum surface by droplet etching and chemical modification // Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. Vol.567. 2019. P. 205-212. doi:10.1016/j.colsurfa.2019.01.

49. Asadollahi, S., Profili, J., Farzaneh, M., Stafford, L., Development of 0rganosilicon-Based Superhydrophobic Coatings through Atmospheric Pressure Plasma Polymerization of HMDS0 in Nitrogen Plasma // Materials. 2019. Vol.12. No.2. 219. doi:10.3390/ma12020219

50. Ryu, J., Kim, K., Park, J., Hwang, B. G., Ko, Y., Kim, H.J., Han, J.S.,

Seo, E.R., Park, Y.J., Lee, S. J. Nearly perfect durable Superhydrophobic surfaces

167

fabricated by a simple one-step plasma treatment //Sci. Rep. Vol.7. No.1. 2017. 1981. doi:10.1038/s41598-017-02108-1

51. Hsiao, C.R., Lin, C.W., Chou, C.M., Chung, C.J., He, J.L. Surface modification of blood-contacting biomaterials by plasma-polymerized Superhydrophobic films using Hexamethyldisiloxane and Tetrafluoromethane as precursors // Appl. Surf. Sci. Vol.346. 2015. P.50-56. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.03.208

52. Egbuhuzor, M.O., Akalezi, C.O., Ulaeto, S.B., Njoku, D.I., Onyeachu B.I., Oguzie E.E., Electro-deposited nanocomposite coatings and their behaviours against aqueous and high-temperature corrosion: A review. // Hybrid Advances Vol.5. 2024. 100180. https://doi.org/10.1016Zj.hybadv.2024.100180

53. Lee, J. M., Jung, K. K., Lee, S. H., Ko, J. S., One-step fabrication of nickel nanocones by electrodeposition using CaCl22H2O as capping reagent // Applied Surface Science.Vol.369. 2016 P.163-169. doi: 10.1016/j.apsusc.2016.02.006

54. Li, H., Yu, S., Han, X., Zhang, S., Zhao, Y., A Simple Method for Fabrication of Bionic Superhydrophobic Zinc Coating with Crater-like Structures on Steel Substrate // Journal of Bionic Engineering. Vol.13. No.4. 2016. P.622-630. doi: 10.1016/s1672-6529(16)60333-5

55. Yu, Q., Zeng, Z., Zhao, W., Li, M., Wu, X., Xue, Q., Fabrication of adhesive superhydrophobic Ni-Cu-P alloy coatings with high mechanical strength by one step electrodeposition // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. Vol.427.2013. P.1-6. doi:10.1016/j.colsurfa.2013.02.067

56. Wang, D., Bierwagen, G.P., Sol-gel coatings on metals for corrosion protection // Prog. Org. Coat. Vol.64. No.4. 2009. P.327-338. doi: 10.1016/j.porgcoat.2008.08

57. Hashjin, R.N.R., Ranjbar Z., Yari, H., Momen G., Tuning up sol-gel

process to achieve highly durable superhydrophobic coating // Surf Interfaces.

Vol.33. 2022. 102282.DOI:10.1016/j.surfin.2022.102282

168

58. Narayanamurthy V., Samsuri, F., Ranganathan, B., Padmapriya P., Recent advances in nano patterning and nano imprint lithography for biological applications // Procedia Engineering. Vol.97. 2014. P.1387-1398. D0I:10.1016/j.proeng.2014.12.420

59. Janes, D.W., Katzenstein, J.M., Shanmuganathan K., Ellison Ch.J.,Directing convection to pattern thin polymer films. // J. Polym. Sci. Part B Polym. Phys. Vol.51. No.7. 2013. P.535-545. D0I:10.1002/polb.23262

60. Mendes, P.M., Yeung C.L. Preece, J.A., Bio-nanopatterning of surfaces. // Nanoscale Res. Lett. Vol.2. No.8. 2007. P.373-384. D01:10.1007/s11671-007-9083-3

61. Lee, T., Min, S.H., Gu M., Jung Y.K., Layer-by-layer assembly for graphene-based multilayer nanocomposites: synthesis and applications. // Chem. Mater. Vol.27. No.11. 2015. P.3785-3796. D0I:10.1021/acs.chemmater.5b00491

62. Decher, G., Hong J.D., Schmitt J.D., Buildup of ultrathin multilayer films by a selfassembly process: III. Consecutively alternating adsorption of anionic and cationic polyelectrolytes on charged surfaces. // Thin Solid Films. 1992. Volumes 210-211, Part 2.P.831-835. D0I:10.1016/0040-6090(92)90417-A

63. Кузнецов, Ю.И., Семилетов, А.М., Чиркунов, А.А., Архипушкин, И.А., Казанский Л.П., Андреева Н.П., Гидрофобизация поверхности алюминия стеариновой кислотой и триалкоксисиланами для защиты от атмосферной коррозии. // Журнал физической химии. М.: РАН. 2018. Т. 92 -№ 4. С. 512-521.https://doi.org/10.7868/S0044453718040015

64. He S., Wang Z., Hu J., Zhu J., Wei L., Chen Zh., Formation of superhydrophobic micro-nanostructured iron oxide for corrosion protection of N80 steel // Mater. Des. Vol.160. 2018. P.84-94. D0I:10.1016/j.matdes.2018.09.002

65. Liu, E., Lee, H.J., Lu X., Superhydrophobic Surfaces Enabled by Femtosecond Fiber Laser-Written Nanostructures. // Applied Sciences. 2020. Vol.10. No.8. 2678.D01:10.3390/app10082678

66. Модестов, А.Д., Емельяненко, К.А., Емельяненко, А.М.,

Домантовский, А.Г., Бойнович, Л.Б. Применение лазерного микро- и

169

нанотекстурирования для создания супергидрофобных коррозионностойких покрытий на алюминии // Известия Академии наук. Серия химическая. 2016. № 11. С. 2607-2611.

67. Сатаева, Н.Е., Емельяненко, К.А., Домантовский, А.Г., Емельяненко, А.М., Бойнович, Л.Б. Лазерная обработка алюминиевых сплавов для создания атмосферостойких супергидрофобных покрытий // Российские нанотехнологии. 2020. Т.15. № 2. С. 158-163. DOI: 10.1134/S199272232002017X

68. Yang, Z., Zhu, C., Zheng, N., Le, D., Zhou J., Superhydrophobic Surface Preparation and Wettability Transition of Titanium Alloy with Micro/Nano Hierarchical Texture. // Materials. 2018. Vol.11. No11. 2210. DOI: 10.3390/ma11112210

69. Ju, H., Lee, J.K., Lee, J., Fast and selective Cu2O nanorod growth into anodic alumina templates via electrodeposition. // Curr. Appl. Phys. Vol.12. 2012. P.60-64. DOI: 10.1016/j.cap.2011.04.042

70. Lee J.M., Jung, K.K., Lee S.H., Ko J.S., One-step fabrication of nickel nanocones by electrodeposition using CaCh^^O as capping reagent // Applied Surface Science. Vol.369. 2016. P.163-169. DOI:10.1016/j.apsusc.2016.02.006

71. Tian, F., Hu, A., Li, M., Mao, D., Superhydrophobic nickel films fabricated by electro/electroless deposition // App. Surf. Sci. Vol. 258. No.8. 2012. P.3643-3646. DOI: 10.1016/j.apsusc.2011.11.130

72. Li, H., Yu, S., Han, X., Zhang, S., Zhao, Y., A Simple Method for Fabrication of Bionic Superhydrophobic Zinc Coating with Crater-like Structures on Steel Substrate // Journal of Bionic Engineering. Vol.13. 2016. P.622-630.doi: 10.1016/s1672-6529(16)60333-5

73. Yu, Q., Zeng, Z., Zhao, W., Li, M., Wu, X., Xue, Q., Fabrication of adhesive superhydrophobic Ni-Cu-P alloy coatings with high mechanical strength by one step electrodeposition // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. Vol.427. 2013. Vol. 427. P.1-6. doi:10.1016/j.colsurfa.2013.02.067

74. Бойнович, Л.Б., Жевненко, С.Н., Емельяненко А.М., Гольдштейн Р.В., Епифанов В.П. Адгезионная прочность контакта льда с супергидрофобным покрытием // Доклады академии наук. М.: РАН. 2013. Т. 448. №6. С. 675-679. https://doi.org/10.7868/S0869565213060108

75. Jagdheesh, R., Hauschwitz, P., Mu^zik J., Brajer, J., Rostohar, D., Jiricek, P., Kopecek, J., Mocek, T., Non-fluorinated superhydrophobic Al7075 aerospace alloy by ps laser processing // Appl. Surf. Sci. Vol.493. 2019. P.287-293. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.07.035

76. Nam, Y., Ju, Y.S., Comparative study of copper oxidation schemes and their effects on surface wettability // ASME Int. Mech. Eng. Congr. Expo. Proc., American Society of Mechanical Engineers Digital Collection. 2009. P.1833-1838. D01:10.1115/IMECE2008-67492

77. Li, H., Yu S., Hu, J., Yin X., Modifier-free fabrication of durable superhydrophobic electrodeposited Cu-Zn coating on steel substrate with self-cleaning, anti-corrosion and antiscaling properties // Applied Surface Science. Vol.481. No. 6. 2019. P. 872-882. D0I:10.1016/j.apsusc.2019.03.123

78. Lia, H., You, S., Hu, J., Liu E., A robust superhydrophobic Zn coating with Zn0 nanosheets on steel substrate and its self-cleaning property // Thin Solid Films. Vol. 666. 2018. P.100-107. D0I:10.1016/j.tsf.2018.09.019

79. Xu, W.G. Ning T., Yang X., Lu, Sh., Fabrication of superhydrophobic surfaces on zinc substrates. // Appl. Surf. Sci. Vol.257. No.11. 2011. P.4801-4806.

80. Rapid fabrication of large-area, corrosionresistant superhydrophobic mg alloy surfaces. / Xu, W.J. [et al.] // ACS Appl. Mater. Interfaces - Vol.3 (11). -2011. - P.4404-4414. D0I:10.1016/j.apsusc.2010.12.059

81. Xu, X.H., Zhang Z.Z., Yang J., Xiaotao Zh., Study of the corrosion resistance and loading capacity of superhydrophobic meshes fabricated by spraying method. // Colloids Surf., A Vol.377. 2011. P.70-75. D0I:10.1016/j.colsurfa.2010.12.024

82. Урядников А.А., Костякова, А.А., Камышова А.А., Оценка

кинетики коррозионных процессов на стали Ст3 в присутствии

171

нанокомпозитных супергидрофобных покрытий в 0,5 м растворе // Вестник ТГУ. Т.: ТГУ им. Г.Р. Державина. 2017. Т. 22. №5 С. 1066-1072. DOI: 10.20310/1810-0198-2017-22-5-1066-1072

83. Xue, Y., Wang, S., Bi, P., Zhao G., Jin Y., Super-Hydrophobic Co-Ni Coating with High Abrasion Resistance Prepared by Electrodeposition. // Coatings. 2019. Vol.9. No.4. 232. D0I:10.3390/coatings9040232

84. Hu, Ch., Tang, L., Zhang X., Guan J., Ma, B., Ren, K.N., A rapid one-step electrodeposition method for fabrication of the superhydrophobic nickel/cobalt alloy surfaces with excellent robustness and durability features // Surfaces and Interfaces. Vol. 44. 2023. 103824. D0I:10.1016/j.surfin.2023.103824

85. Гнеденков, С. В., Синебрюхов, С.Л., Егоркин, В.С., Машталяр, Д. В., Емельяненко, А. М., Алпысбаева, Д. А., Бойнович, Л. Б., Особенности протекания электрохимических процессов при контакте раствора хлорида натрия с поверхностью супергидрофобных покрытий на титане // Электрохимия. 2012. Т. 48. №3. С. 369-379.

86. Hassan, H., Ismail, A., Ahmad, S., Soon, C.F., Superhydrophobic green corrosion inhibitor on carbon steel. In: IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. IOP Publishing, 2017 012023. https://doi.org/10.1088/1757-899X/215/1/012023.

87. Ye, Y., Liu, Z., Liu, W., Zhang, D., Zhao, H., Wang, L., Li, X., Superhydrophobic oligoaniline-containing electroactive silica coating as pre-process coating for corrosion protection of carbon steel // Chem. Eng. J. Vol.348. 2018. P.940-951. D0I:10.1016/j.cej.2018.02.053

88. Zhou, Z., Ma, B., Zhang, X., Tang, L., Lin, X., Hu, Ch., Ren, K.N., Enhanced corrosion resistance and self-cleaning properties of superhydrophobic nickel coating fabricated by one-step electrodeposition // Ceram Int. Vol.49. No.8. 2023. P. 13109-13118. DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.12.188

89. Yuan, S.J., Pehkonen, S.O., Liang, B., Ting, Y.P., Neoh, K.G., Kang

E.T., Superhydrophobic fluoropolymer-modified copper surface via surface graft

polymerisation for corrosion protection. // Corros. Sci. Vol.53. No.9. 2011.

P.2738-2747. DOI: 10.1016/j.corsci.2011.05.008

172

90. Ning, T., Xu, W.G., Lu, S.X., Fabrication of superhydrophobic surfaces on zinc substrates and their application as effective corrosion barriers. // Appl. Surf. Sci. Vol.258. No.4. 2011.P.1359-1365. D01:10.1016/j.apsusc.2011.09.064

91. Yin, Y.S., Liu T., Chen, Sh., Liu, T., Cheng Sh., Structure stability and corrosion inhibition of super-hydrophobic film on aluminum in seawater. // Appl. Surf. Sci. Vol.255. No.5. 2008. P.2978-2984.https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2008.08.088

92. Князева, Л.Г., Цыганкова, Л.Е., Курьято, Н.А., Дорохов, А.В., Урядников, А.А., Дорохова, А.Н., Антикоррозионные свойства супергидрофобных покрытий на меди, полученных электроосаждением // Коррозия: защита, материалы. Приложение к журналу "Технология металлов". 2023. № 13. С. 4-12. DOI: 10.31044/1684-2499-2023-0-13-4-12

93. Shen, L., Xu. M., Jiang W., Qiu, M.B., Fan M., Ji, G., Tian Z., A novel superhydrophobic Ni/Nip coating fabricated by magnetic fieldinduced selective scanning electrodeposition // Applied Surface Science. Vol.489. 2019. P.25-33. DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.05.335

94. Jain, R., Pitchumani, R., Fabrication and characterization of zinc-based superhydrophobic coatings // Surface & Coatings Technology.Vol. 337. 2018. P.223-231. D0I:10.1016/j.surfcoat.2018.01.014

95. Dong, Sh., Yang, Y., Na, R., Du, A., Yang, M., Fan, Y., Zhao, X., Cao, X., Investigation of the anti-corrosion performance of a Cu/Ni-B4C superhydrophobic coating with self-cleaning and abrasion resistance properties // Surface & Coatings Technology. Vol. 441. No.11. 2022. 128568. D0I:10.1016/j.surfcoat.2022.128568

96. Nayana, K.O., Ranganatha, S., Shubha H.N., Milingappa P., Effect of sodium lauryl sulphate on microstructure, corrosion resistance and microhardness of electrodeposition of M-C03O4 composite coatings // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. Vol. 29. No.11. 2019. P. 2371-2383. D0I:10.1016/S1003-6326(19)65143-5

97. Li, R., Li, M., Wu, X., Yu, H., Jin, R., Liang, J., A pine needle-like superhydrophobic Zn/ZnO coating with excellent mechanochemical robustness and corrosion resistance // Materials & Design. Vol. 225. 2023. 111583 DOI: 10.1016/j.matdes.2022.111583

98. Tan, J., Hao, J., An, Z., Liu, C., Simple Fabrication of Superhydrophobic Nickel Surface on Steel Substrate via Electrodeposition // Int. J. Electrochem. Sci. Vol.12. No.1. 2017. P.40-49. https://doi.org/10.20964/2017.01.15

99. Xiang, T., Ding, Sh., Li, Ch., Zheng, Sh., Hu, W., Wang, J., Liu, P., Effect of current density on wettability and corrosion resistance of superhydrophobic nickel coating deposited on low carbon steel // Materials and Design. Vol.114. 2017. P.65-72. D0I:10.1016/j.matdes.2016.10.047

100. Daneshnia, A., Raeissi, K., Salehikahrizsangi, P., Rapid one-step electrodeposition of robust superhydrophobic and oleophobic Ni coating with anticorrosion and self-cleaning properties // Surface & Coatings Technology. Vol.450. 2022. 129007. D0I:10.1016/j.surfcoat.2022.129007

101. Vigdorovich—, V.I., Tsygankova, L.E., Uryadnikova, M.N., Emel'yanenko, K.A., Chulkova E.V., Uryadnikov, A.A., Protective effect of superhydrophobic coatings on carbon steel in different environments // Int. J. Corros. Scale Inhib..2021. Vol.10, No.3. P.1157-1167. doi: 10.17675/2305-68942021-10-3-19.

102. Wenzel, R.N., Resistance of solid surfaces to wetting by water. // Ind Eng. Chem. 1936. 28:988-994. doi:10.1021/ie50320a024

103. Cassie, ABD, Baxter, S., Wettability of porous surfaces. // Trans Faraday Soc. 1944. 40:546-551. doi:10.1039/TF9444000546

104. Erbil, H.Y., The debate on the dependence of apparent contact angles on drop contact area or three-phase contact line: a review. // Surf SciRep. 2014. Vol. 69(4). P.325-365. doi:10.1016/j.surfrep.2014.09.001

105. Drelich, J.W., Boinovich, L., Chibowski, E., et al. Contact angles: history of over 200 years of open questions. // Surface Innovations. 2020. Vol.8(1-2). P.3-27. doi: 10.1680/jsuin.19.00007

106. Tadmor, R. Approaches in wetting phenomena. // Soft Matter. 2011. Vol.7. P.1577-1580. doi:10.1039/C0SM00775G

107. Dettre, RH, Johnson, RE Jr. Contact angle hysteresis. In: Fowkes FM, ed. Contact Angle, Wettability, and Adhesion. // Advances in Chemistry, Series 43. American Chemical Society. 1964. P.136-144. doi:10.1021/ba-1964-0043.ch008.

108. Wolansky, G, Marmur, A. Apparent contact angles on rough surfaces: the Wenzel equation revisited. // Colloids Surf a Physicochem. Eng. Asp. 1999. Vol.156(1-3). P.381-388. doi:10.1016/S0927-7757(99)00098-9

109. Marmur, A. Wetting on hydrophobic rough surfaces: to be heterogeneous or not to be? // Langmuir. 2003. Vol.19. P.8343-8348. doi:10.1021/la0344682

110. Extrand, C.W. Contact angles and hysteresis on surfaces with chemically heterogeneous islands. // Langmuir. 2003. Vol.19. P.3793-3796. doi:10.1021/la0268350

111. Bormashenko, E. A variational approach to wetting of composite surfaces: is wetting of composite surfaces a one-dimensional or two-dimensional phenomenon. // Langmuir. 2009. Vol.25(18). P.10451-10454. doi:10.1021/la902458t

112. Bormashenko. E. Young, Boruvka-Neumann, Wenzel and Cassie-Baxter equations as the transversality conditions for the variational problem of wetting. // Colloids Surf a PhysicochemEng Asp. 2009. Vol.345(1-3). P.163, 10.1016/j.colsurfa.2009.04.054-165.

113. Tadmor, R. Open problems in wetting phenomena: pinning retention forces. // Langmuir. 2021. Vol.37(21). P.6357-6372. doi: 10.1021/acs.langmuir.0c02768

114. Marmur, A., Delia Volpe, C., Siboni, S., Amirfazli, A., Drelich, J.W., Contact angles and wettability: towards common and accurate terminology. // Surf Innovations. 2017. Vol.5(1). P.3-8. doi:10.1680/jsuin.17.00002

115. Guisbiers, G., Kazan, M., Van Overschelde, O., Wautelet, M., Pereira, S., Mechanical and thermal properties of metallic and semiconductive nanostructures // J. Phys. Chem. C. 2008. Vol.112. P.4097-4103. doi:10.1021/jp077371n

116. Вигдорович, В.И., Цыганкова, Л.Е., Шель, Н.В., Шель, Е.Ю., Князева, Л.Г., Дорохов, А.В., Урядников, А.А., Моделирование коррозионно-агрессивных атмосфер для оценки эффективности летучих ингибиторов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 83. № 7.С.42-46. DOI : 10.2 6896/1028-686I- 2018-84-7- 42-4 6.

117. Цыганкова, Л Е., Урядников, А.А., Дорохов, А.В., Князева, Л.Г., Шель, Н. В., Родионова, Л.Д., Защита стали супергидрофобным покрытием в атмосфере с повышенным содержанием агрессивных компонентов // Коррозия: материалы, защита, 2021. № 9. С.33-38. DOI: 10.31044/18137016-2021-0-9-33-38

118. Tsygankova, L.E., Uryadnikov, A.A., Dorokhov, A.V., Knyazeva, L.G., Shel, N.V., Rodionova, L.D., Protection of steel with a superhydrophobic coating against atmospheric corrosion in conditions of livestock buildings // Int. J. Corros. Scale Inhib. 2021. Vol.10. No.4. P.1638-1645. doi: 10.17675/2305-68942021-10-4-16.

119. Tsygankova, L.E., Uryadnikova, M.N., Rodionova, L.D., Shel, N.V, Alekhina, O.V., Protection of carbon steel against corrosion with a superhydrophobic coating // Zastita Materijala. 2023. Vol.64(3). P.283-290. https://doi.org/10.5937/zasmat2303283T

120. Tsygankova, L.E., Uryadnikov, A.A., Rodionova, L.D., Uryadnikova, M.N., On the duration of the protective effectiveness of superhydrophobic coatings. // Int. J. Corros. Scale Inhib.. 2023. Vol.12. No.3. P.1211-1223. doi: 10.17675/2305-6894-2023-12-3-23

121. Tsygankova, L.E., Uryadnikova, M.N., Kichigin, V.I., Rodionova, L.D., Investigation of the corrosion behavior of carbon steel with a protective superhydrophobic coating by impedance spectroscopy method // Int. J. Corros. Scale Inhib. 2021. Vol.10. No.1. P.186-205. doi: 10.17675/2305-6894-2021-10-111.

122. Цыганкова, Л.Е., Урядникова, М.Н., Родионова, Л.Д., Шель, Н.В Защита стали супергидрофобным покрытием в хлоридной среде // Успехи в химии и химической технологии. сб. науч. тр. Том XXXV. №5 (240). C.109-111. М: РХТУ им Д.И. Менделеева. 2021. 186 с.

123. S. Esmailzadeh, S. Khorsand, K. Raeissi and F. Ashrafizadeh, Microstructural evolution and corrosion resistance of SHP electrodeposited nickel films, Surf. Coat. Technol., 2015, 283, 337-346. doi: 10.1016/j.surfcoat.2015.11.005

124. Вигдорович, В.И., Цыганкова, Л.Е., Бернацкий, П.Н., Шель, Н.В., Коррозия и защита металлов в условиях повышенной концентрации оксида серы (IV) и продуктов его гидратации. Монография.Тамбов. Изд-во Першина Р.В. 2015. 364 с.

125. Boinovich, L., Emelyanenko, A. 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.

126. Valand, T., Burchardt, T., van der Meer, S.F., The hydrogen evolution and corrosion of amorphous FeSx films. // Corros. Sci. 2001. Vol.43. P. 147-156

127. Abelev. E., Ramanarayanan, T.A., Bernasek, S.L., Iron corrosion in C02/brine at low H2S c oncentrations: an electrochemical and surface science study. // J.Electrochem.Soc. 2009. Vol.156. P. 331-339.

128. Tsygankova, L.E., Rodionova, L.D., Uryadnikov, A.A., Shel, N.V., Anti-corrosion protection of steel with superhydrophobic coatings based on nickel and zinc // Int. J. Corros. Scale Inhib. 2024. Vol.13. No.3. P.1553-1570. doi: 10.17675/2305-6894-2024-13-3-11

129. Vigdorowitsch, M., Tsygankova, L.E., Ostrikov, V.V., Rodionova, L.D., Beyond the Wenzel and Cassie-Baxter world: Mathematical insight into contact angles. // Math. Meth. Appl. Sci. 2022. P.1-19. DOI: 10.1002/mma.8462.

130. Vigdorowitsch, M., Rodionova, L.D., Dar Ali Al Saadi, Tsygankova, L.E., Shcherban, M.G., Uryadnikova, M.N., Sessile Drops Pinned on a Horizontal Superhydrophobic Coating of Steel. The Cotangent Formula. // Int. J. Corros. Scale Inhib. 2024. Vol.13. No.2. P.930-934

131. Yildiz, B., Bashiry, V., Shape analysis of a sessile drop on a flat solid surface. // J. Adhes. 2019. 95:929-942. doi:10.1080/00218464.2018.1452737

Приложение 1.

Спектр поверхности СГФ покрытия на основе Zn и расшифровка пиков, полученные посредством ИК Фурье спектрометра.

Волновое число Отнесение

2955,57 Валентное асимметричное С-Н в СНэ

2915,92 Валентное асимметричное С-Н в СН2

2847,53 Валентное симметричное С-Н в СН2

1701,18 Валентное колебание карбонильной группы: Предельные алифатические -СН2-СООН. Обусловлена наличием жирных кислот

1535,78 Валентное колебание -С=О

1461,03 Деформационное колебание -СН2

1395,74 Деформационное колебание -СН3

1090,31 Валентное колебание -С-ОН

745,23 717,25 Деформационные колебания связанной ОН группы

Приложение 2.

Спектр поверхности СГФ покрытия на основе N1 и расшифровка пиков, полученные посредством ИК Фурье спектрометра.

400С 3500 3830 3700 36С0 350 5 3400 3300 3200 3100 ЗООО 2ЭГО 2800 2700 2600 2500 2490 2300 220) 2100 2000 1500 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 ТОО 600 500

Волновое число Отнесение

2957,90 Валентное асимметричное С-Н в СНз

2927,59 Валентное асимметричное С-Н в СН2

2855,31 Валентное симметричное С-Н в СН2