Caracterización por técnicas electroquímicas y espectroscópicas de productos de corrosión (FeₓSy) formados sobre el acero al carbono en medios amargos alcalinos Público Deposited

La corrosión del acero al carbono en los ambientes de plantas de refinación de petróleo es un problema grave que ocasiona grandes pérdidas materiales, energéticas, económicas y en algunos casos, pérdidas humanas. La formación de sulfuros de hierro no estequiométricos insolubles que se adhieren al metal es una de las características principales de este proceso, dado que la presencia de la película de sulfuros sobre el acero previene el ataque inmediato de los agentes oxidantes del medio sobre el metal y modifica la cinética de otras etapas involucradas en el proceso de corrosión. La naturaleza, el espesor y las propiedades químicas de estas películas dan el carácter protector y están controlados por el potencial y el tiempo de crecimiento. Las observaciones anteriores han despertado el interés de estudiar la naturaleza fisicoquímica de los productos de corrosión adheridos al acero al carbono para conocer sus propiedades pasivantes y su efecto en la corrosión del acero. En este trabajo se usa una metodología electroquímica para formar películas de sulfuro de hierro no estequiométrico (FexSy) sobre acero al carbono en un medio 0.1M (NH4)2S y 500 ppm de CN-. Con el fin de buscar un medio adecuado para realizar su caracterización electroquímica, se realizó un estudio de estabilidad en diferentes medios electrolíticos. El estudio mostró que estas películas son estables en un medio alcalino amargo que simula la composición promedio de los condensados de las plantas catalíticas de PEMEX, México (0.1 M (NH4)2S y 10 ppm de CN-). Posteriormente, se prepararon películas de sulfuro de hierro en función del tiempo de perturbación (diferente estequiometría). Los estudios por voltamperometría cíclica (VC) y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS), mostraron la presencia de tres películas con distintas propiedades fisicoquímicas y eléctricas que dependen del tiempo de formación de la película. El análisis de los espectros de EIS, empleando un modelo de circuito equivalente, establece las siguientes etapas en el proceso de corrosión de la interface acero/película/medio electrolítico: la reacción de oxidación (interface metal/película) y la difusión del Fe2+ desde la interface sustrato/película al interior de la película así como del Ho desde la interface medio/película al interior de la película.

La caracterización de la morfología superficial realizada por microscopia electrónica de barrido (SEM) muestra que estas películas tienen un carácter homogéneo. Sin embargo, el estudio de reactividad superficial mediante espectroscopia fotoelectroquímica de barrido (SPECM), en 0.1M K3[(Fe(CN)6], reveló que éstas son heterogéneas y además, protectoras. La caracterización química superficial por XPS muestra picos característicos de sulfuros de hierro, tales como pirrotita y So. Además, los análisis por XPS del perfil de profundidad de la película muestran fases ricas en hierro próximas a la interface metal/película y fases menos ricas en hierro, en la superficie de la película. Los análisis de los picos O 1s, Fe 2p y S 2p mediante el ajuste con funciones Lorentzianas muestran, por una parte, especies de hidróxidos y agua a través de la película, incorporadas a ésta durante la oxidación electroquímica del acero en el medio amargo. Por otra parte, estos análisis muestran distintos entornos químicos del hierro a través de la película. Esto confirma que el proceso de difusión de los iones hierro a través de la película, detectado en los diagramas de EIS, se lleva a cabo por un mecanismo de "difusión química". Los diferentes resultadosde caracterización permitieron proponer un mecanismo del proceso de corrosión del acero en medios amargos alcalinos muy diferentes a lo informado hasta ahora en la literatura. La presencia de óxidos y sulfuros de hierro con diferente relación estequiométrica dentro de la película permiten proponer procesos de conducción iónica y electrónica en la película. Por último, mediante EIS, SEM y SPECM se caracterizaron superficies de acero al carbono con diferentes daños superficiales como la corrosión generalizada y la localizada (ampollamiento), inducidos en medios amargos (HS-) y tiosulfatos. La caracterización por EIS muestra que los productos de corrosión formados en tiosulfatos son poco protectores, mientras que los formados en medios amargos son más protectores. Además, se observaron considerables modificaciones en el proceso de corrosión por el efecto del estado superficial del acero al carbono.

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