Impact of hydrocarbonate treatment on corrosion resistance of copper, nickel, and stainless steels in the NaOH melt

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The paper focuses on the research into impactof hydrocarbonate treatment in the boiling 1 М solution of NaHСО3on the corrosion resistance of copper, nickel, and low-carbon chromium-nickel stainless steels during their corrosion testing in the NaOH melt at the range of temperatures from 400 to 500°С. The hydrocarbonate treatment of materials was conducted for two hours following holding them (treatment) in the NaOH melt preliminary dewatered and deaerated by Ar in intervals multiple of 96 h. The total duration of corrosion tests was 288 h. The microstructure and phase composition of surface layers that formed on materials under study during corrosion tests in the NaOH melt coupling with hydrocarbonate treatment were investigated using X-ray phase analysis and electron microscopy methods. It has been found that the hydrocarbonate treatment of materials neither affects the total corrosion rate for the materials under study in the NaOH melt in the given temperature range. It has been discovered that the hydrocarbonate treatment of nickel containing three oxide phases – NiO, Ni(OH)2и γ-NiOOH – after being held in NaOH melt impacts the proportions of the oxide phases. Nickel oxyhydroxide (NiOOH) is unstable in aqueous weakly alkaline solutions bound to and is spontaneously reduced to nickel dioxide (NiOOH → Ni(OH)2) resulting in the formation of a passive film on the nickel surface. The film consists of two oxide phases (NiO и Ni(OH)2) and has high protective properties. In the course of the hydrocarbonate treatment of copper, which after having been held in the NaOH melt contains a 2-layer film of oxides Cu/Сu2О/СuО in the surface layer, oxide and carbonate layers with higher protective properties do not form. The hydrocarbonate treatment of stainless steel containing 17.5 and 18.5 % Ni and (6.0 – 6.5) % Mo demonstrating increased corrosion resistance in the NaOH melt at temperatures not exceeding 500°С(as nickel does) does not affect the corrosion resistance of the alloy elements. Doping the steel of the given composition with such alloying elements as copper, manganese, and silicon, which might cause local depassivation of steel under certain conditions, does not affect the protective properties of the passive steel film forming in the NаOH melt. Such film consists of oxides (hydroxides) of predominantly corrosion resistant chromium (Cr2O3)NAand nickel compounds (NiO, Ni(OH)2) or their mixed oxides NiCr2O4(NiO∙Cr2O3), as well as ferrous oxides Fe3O4γ-Fe2O3. As the nickel and molybdenum content in the steel decreases (to 13.0 % and 2.0 % respectively), or temperature of the NаOH melt increases up to 600°С, more defective porous oxide layers form on the steel surface. They contain a larger portion of less stable ferrous (II, III) and nickel (II) oxides: FeO, NiO, Fe2O3as well as a small amount of mixed oxides NiCr2O4(NiO∙Cr2O3) leading to increase in corrosion rate.

About the authors

V. P. Yurkinsky

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Email: elena.firsova@mail.ru
Saint-Petersburg, Russia

E. G. Firsova

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Email: elena.firsova@mail.ru
Saint-Petersburg, Russia

L. P. Baturova

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: elena.firsova@mail.ru
Saint-Petersburg, Russia

References

  1. Безносов А.В., Драгунов Ю.Г., Рачков В.И. Тяжелые жидкометаллические теплоносители в атомной энергетике. М.: Изд АТ. 2007. 434 с.
  2. Натрий. Свойства, производство, применение. / Морачевский А.Г., Шестеркин И.А., Буссе-Мачукас В.Б. и др. / Под ред. Морачевского А.Г. СПб.: Химия. 1992.
  3. Морачевский А.Г., Вайсгант З.И., Демидов А.И. Переработка вторичного свинцового сырья. СПб.: Химия. 1993.
  4. Морачевский А.Г. Переработка вторичного свинцового сырья: Соврем. состояние исслед. и аннотир. указ. лит. за 1997-2001 гг. СПб.: Изд-во СПбГПУ. 2003.
  5. Делимарский Ю.К. Ионные расплавы в современной технике. М.: Металлургия. 1981.
  6. Делимарский Ю.К., Барчук Л.П. Прикладная химия ионных расплавов. К.: Наукова думка. 1988.
  7. Делимарский Ю.К., Фишман И.Р., Зарубицкий О.Г. Электрохимическая очистка отливок в ионных расплавах. М.: Машиностроение. 1976.
  8. Юркинский В.П., Фирсова Е.Г., Батурова Л.П. Коррозионная стойкость ряда конструкционных материалов в расплаве NaOH // Журнал прикладной химии. 2010.83. № 10. С. 1677–1682.
  9. Юркинский В.П., Фирсова Е.Г., Батурова Л.П. Особенности коррозионного поведения тантала, титана и ряда неметаллических материалов в расплаве NaOH // Журнал прикладной химии. 2011.84. № 5. С. 781–784.
  10. Юркинский В.П., Фирсова Е.Г., Батурова Л.П., Кузьмина М.Ю. Коррозионная стойкость медно-никелевых сплавов в расплаве NaOH // Химическая промышленность. 2012.89. № 8. С. 416–419.
  11. Юркинский В.П., Фирсова Е.Г., Батурова Л.П.Коррозионная стойкость сварных соединений ряда конструкционных сплавов в расплаве NaOH // Расплавы. 2014. № 4. С. 53–59.
  12. Юркинский В.П., Батурова Л.П., Фирсова Е.Г. Коррозионная стойкость сталей в расплаве NaOH // Черные металлы. 2014. № 4 (988). С. 73–77.
  13. ГОСТ 9.907-2007. Металлы, сплавы, покрытия металлические. Методы удаления продуктов коррозии после коррозионных испытаний. М.: Стандартинформ. 2007.
  14. Батлер Дж.Н. Ионные равновесия. Л.: Химия. 1973.
  15. Моисеева Л.С., Куксина О.В. О зависимости коррозии стали в бескислородной водной среде от рН и давления СО2 // Защита металлов. 2003.39. № 5. С. 542–551.
  16. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. СПб.: Химия. 1991.
  17. Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Справочник по неорганической химии. М.: Химия. 1987.
  18. Макаренко В.Д. Основы коррозионного разрушения трубопроводов: Учебное пособие / Макаренко В.Д., Шатило С.П., Земенков Ю.Д., Бахарев М.С. и др. / Под ред. В.Д. Макаренко. Тюмень: ТюмГНГУ. 2009.
  19. Борщевский А.М., Сухотин А.М. Исследование пассивного состояния никеля в кислых и щелочных средах микрокулонометрическим методом // Журнал прикладной химии.1992.65. № 9.С. 1942–1946.
  20. Pourbaix M. Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions, Pergamon Press, Oxford. 1966.
  21. Glemser O., Einerhand J. Die Struktur hxherer Nickelhydroxide // Z. Anorg.Chem. 1950. Bd. 261. P. 43–51.
  22. Glemser O., Einerhand J. The chemical processes at the nickel hydroxide anode of the Edison storage battery // Z. Elektrochem. Angew.Physik.Chem. 1950.54.P. 302–304.
  23. Казаринов И.А., Волынский В.В., Клюев В.В., Новоселов М.А. От щелочных аккумуляторов к суперконденсаторам. Оксидноникелевый электрод: теория процессов и современные технологии его изготовления // Электрохимическая энергетика. 2017.17.№4. С. 173–224.
  24. Миомандр Ф., Садки С., Одебер П., Меалле-Рено Р. Электрохимия. М:Техносфера. 2008.
  25. StrekalovskayaNAD., Baturova L., Kondrateva A., Semencha A., Andreeva V. Electrochromic Thin-film Nickel-oxide Coatings for Systems with Adjustable Light Transmission // Phys. Status Solidi A: Applications and Materials Science. 2024.221. № 11.
  26. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А, Цирлина Г.А. Электрохимия. М.:Химия,КолосС. 2008.
  27. Beznosov A.V., Dragunov Yu.G., Rachkov V.I. Tyazhelyye zhidkometallicheskiye teplonositeli v atomnoy energetike. M.: Izd AT. 2007. [In Russian]
  28. Natriy. Svoystva, proizvodstvo, primeneniye. / Morachevskiy A.G., Shesterkin I.A., Busse-Machukas V.B. i dr. / Pod red. Morachevskogo A.G. SPb.: Khimiya. 1992. [In Russian]
  29. Morachevskiy A.G., Vaysgant Z.I., Demidov A.I. Pererabotka vtorichnogo svintsovogo syrya. SPb.: Khimiya, 1993. [In Russian]
  30. Morachevskiy A.G. Pererabotka vtorichnogo svintsovogo syrya: Sovrem. sostoyaniye issled. i annotir. ukaz. lit. za 1997-2001 gg. SPb.: Izd-vo SPbGPU. 2003. [In Russian]
  31. Delimarskiy Yu.K. Ionnyye rasplavy v sovremennoy tekhnike. M.: Metallurgiya. 1981. [In Russian]
  32. Delimarskiy Yu.K., Barchuk L.P. Prikladnaya khimiya ionnykh rasplavov. K.: Naukova dumka. 1988. [In Russian]
  33. Delimarskiy Yu.K., Fishman I.R., Zarubitskiy O.G. Elektrokhimicheskaya ochistka otlivok v ionnykh rasplavakh. M.: Mashinostroyeniye. 1976. [In Russian]
  34. Yurkinskiy V.P., Firsova Ye.G., Baturova L.P. Korrozionnaya stoykost ryada konstruktsionnykh materialov v rasplave NaOH // Zhurnal prikladnoy khimii. 2010.83. № 10. P. 1677–1682. [In Russian]
  35. Yurkinskiy V.P., Firsova Ye.G., Baturova L.P. Osobennosti korrozionnogo povedeniya tantala, titana i ryada nemetallicheskikh materialov v rasplave NaOH // Zhurnal prikladnoy khimii. 2011.84. № 5. P. 781–784. [In Russian]
  36. Yurkinskiy V.P., Firsova Ye.G., Baturova L.P., Kuzmina M.Yu. Korrozionnaya stoykost medno-nikelevykh splavov v rasplave NaOH // Khimicheskaya promyshlennost. 2012.89. № 8. P. 416–419. [In Russian]
  37. Yurkinskiy V.P., Firsova Ye.G., Baturova L.P. Korrozionnaya stoykost svarnykh soyedineniy ryada konstruktsionnykh splavov v rasplave NaOH // Rasplavy. 2014. № 4. P. 53–59. [In Russian]
  38. Yurkinskiy V.P., Baturova L.P., Firsova Ye.G. Korrozionnaya stoykost staley v rasplave NaOH // Chernyye metally. 2014. № 4 (988). P. 73–77. [In Russian]
  39. GOST 9.907-2007. Metally, splavy, pokrytiya metallicheskiye. Metody udaleniya produktov korrozii posle korrozionnykh ispytaniy. M.: Standartinform. 2007. [In Russian]
  40. Batler Dzh.N. Ionnyye ravnovesiya. L.: Khimiya. 1973. [In Russian]
  41. Moiseyeva L.S., Kuksina O.V. O zavisimosti korrozii stali v beskislorodnoy vodnoy srede ot rN i davleniya SO2 // Zashchita metallov. 2003.39.№ 5. P. 542–551. [In Russian]
  42. Rabinovich V.A., Khavin Z.Ya. Kratkiy khimicheskiy spravochnik. SPb.: Khimiya. 1991. [In Russian]
  43. Lidin R.A., Andreyeva L.L., Molochko V.A. Spravochnik po neorganicheskoy khimii. M.: Khimiya. 1987. [In Russian]
  44. Makarenko V.D. Osnovy korrozionnogo razrusheniya truboprovodov : Uchebnoye posobiye / Makarenko V.D., Shatilo S.P., Zemenkov Yu.D., Bakharev M.S. / Pod red. V.D. Makarenko. Tyumen: TyumGNGU. 2009. [In Russian]
  45. Borshchevskiy A.M., Sukhotin A.M. Issledovaniye passivnogo sostoyaniya nikelya v kislykh i shchelochnykh sredakh mikrokulonometricheskim metodom // Zhurnal prikladnoy khimii. 1992.65. № 9. P. 1942–1946. [In Russian]
  46. Pourbaix M. Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions, Pergamon Press, Oxford. 1966.
  47. Glemser O., Einerhand J. Die Struktur hxherer Nickelhydroxide // Z. Anorg.Chem. 1950. Bd. 261. P. 43–51.
  48. Glemser O., Einerhand J. The chemical processes at the nickel hydroxide auode of the Edison storage battery // Z. Elektrochem. Angew. Physik. Chem. 1950.54. P. 302–304.
  49. Kazarinov I.A., Volynskiy V.V., Klyuyev V.V., Novoselov M.A. Ot shchelochnykh akkumulyatorov k superkondensatoram. Oksidnonikelevyy elektrod: teoriya protsessov i sovremennyye tekhnologii yego izgotovleniya // Elektrokhimicheskaya energetika. 2017.17. №4. P. 173–224. [In Russian]
  50. Miomandr F., Sadki S., Odeber P., Mealle-Reno R. Elektrokhimiya. M: Tekhnosfera. 2008. [In Russian]
  51. StrekalovskayaNAD., Baturova L., Kondrateva A., Semencha A., Andreeva V. Electrochromic Thin-film Nickel-oxide Coatings for Systems with Adjustable Light Transmission // Phys. Status Solidi A: Applications and Materials Science 2024.221. №11.
  52. Damaskin B.B., Petriy O.A, Tsirlina G.A. Elektrokhimiya. M.: Khimiya, KolosS. 2008. [In Russian]

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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