Inhibition de la corrosion d'un acier au carbone par des produits dérivés de phosphonates en association avec des sels de zinc Corrosion inhibition of a carbon steel by the association of phosphonate-derived products with zinc salts

Résumé

Dans cette étude, des mesures électrochimiques ont été utilisées pour caractériser l'efficacité inhibitrice de produits dérivés de phosphonates associés à des sels de zinc, employés pour le traitement des eaux des circuits de refroidissement. L'influence de la concentration de cette formulation ainsi que l'effet du pH du milieu ont été étudiés.

Les courbes courant-tension stationnaires et les diagrammes d'impédance électrochimique ont été obtenus avec des électrodes tournantes en acier au carbone dans une solution de chlorure de sodium à 200 mg l^-1. Ce milieu a été choisi car sa faible conductivité électrique est proche de celle rencontrée dans les eaux naturelles.

La méthode stationnaire (relevé des courbes courant-tension) a permis de déterminer la vitesse de corrosion en l'absence et en présence de l'inhibiteur et par conséquent, le taux de protection. Ainsi, le composé présente une très bonne efficacité dès les faibles concentrations (50 mg · l^-1). Entre 50 et 200 mg · l^-1, l'efficacité inhibitrice augmente de 95 à 98 %. Pour la concentration de 100 mg · l^-1 il est efficace dans un large domaine de pH (de 5,5 à 9). Cette efficacité apparaît légèrement supérieure à pH = 7 et à pH = 8.

Les valeurs des résistances de polarisation mesurées à partir des diagrammes d'impédance confirment les résultats obtenus à partir des courbes stationnaires.

En outre, l'efficacité inhibitrice du composé a été comparée à celle de produits déjà testés au Laboratoire pour des utilisations identiques. Le chlorure de zinc, le monofluorophosphate de zinc et l'association d'une amine grasse et d'acide phosphonique présentent des efficacités moindres que le mélange testé ici à base de produits dérivés de phosphonates associés aux sels de zinc.

Mots-clés:

• Inhibition,
• vitesse de corrosion,
• méthodes électrochimiques,
• traitement de l'eau,
• sels de zinc,
• phosphonates

Abstract

In this study, electrochemical measurements were carried out to characterize the inhibitive efficiency of the association of phosphonate-derived products with zinc salts, employed for water treatment in cooling circuits.

The influence of parameters such as the concentration of the formulation and the effect of the solutions pH on the protection of the metal were studied.

Steady-state current-voltage curves and electrochemical impedance diagrams have been obtained for a carbon steel rotating disc in a 200 mg · l^-1 NaCl solution. The choice of this medium is based upon the following criteria :

(i) its low electrical conductivity is close to that encountered in natural saline waters ;

(ii) its corrosivity is fairly high ;

(iii) it Is formed by an easily reproducible baseline solution.

The inhibitive efficiency has been determined tram the plotting of the cathodic potentiostatic curves. It is important to note that in low conductivity media, the current-voltage curves are distorted by a non-negligible uncompensated ohmic drop (I.R_e), R_e being the electrolyte resistance between the working and the reference electrodes. The interpretation of these curves (i.e. corrosion rate evaluation, Tafel slopes determination) is only possible if they have been corrected according to the following relationship.

E_apparent = E_true + R_eI

In this study, the electrolytic resistance value has been determined from electrochemical Impedance measurements : the high frequency limit of the impedance gives R_e.The ohmic drop is then automatically compensated by the potentiostat to obtain the corrected steady-state curve.

The inhibitive efficiency is evaluated by the relationship :

E_i = (i_corr⁰-i_corr / i_corr⁰) x 100

in which i^o_corr and i_corr represent the current densities without and with inhibitor, respectively.

In addition to the determination of the current densities obtained from the steady-state current-voltage curves, the polarization resistance, R_p, has been measured from the impedance diagram : the low frequency limit of the impedance gives the sum R_e + R_p ; R_p is equal to the slope of the steady-state current voltage curve.

In this study, only the evolution of this value as a function of concentration has been examined.

It has been shown from the steady-state technique that the compound presents a very good efficiency for low concentrations (50 mg · l^-1). Between 50 and 200 mg · l^-1, the inhibitive efficiency increases from 95 to 98 %. For 100 mg · l^-1 it is effective over a wide pH range (5.5 to 9) with a better protection for pH = 7 and pH = 8.

The measurements of the polarization resistance corroborate these results.

In a second part, the inhibitive efficiency of the compound has been compared to different inhibitors used for similar uses and tested in the laboratory. Thus, zinc chloride, zinc fluorophosphate and the association of fatty amine and phosphonic acid present a lower efficiency than the product tested here.

Keywords:

• Inhibition,
• corrosion rate,
• electrochemical methods,
• water treatment,
• zinc salts,
• phosphonates