Une étude sur l'effet synergique des ions chlorure et sulfate sur la corrosion du cuivre en utilisant le bruit électrochimique dans les cellules asymétriques

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 14384 (2022) Citer cet article

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L'étude actuelle comprend un examen systématique de la corrosion du cuivre initialement dans chacune des solutions NaCl et Na2SO4 séparément, puis dans la solution de mélange d'ions Cl− et SO42− en tant qu'ions agressifs. Les signaux de bruit de courant électrochimique (ECN) résultant de cellules asymétriques (Asy) ainsi que symétriques (Sym) ont été interprétés à l'aide de la transformée en ondelettes (WT) ainsi que de procédures statistiques. Les signaux ont été redressés et la décomposition de chaque signal a été effectuée en 8 cristaux. Ensuite, l'écart type de chaque cristal a été illustré avec les tracés de l'écart type du signal partiel (SDPS). Les électrodes Asy ont augmenté la détection de piqûres sur le cuivre par rapport aux électrodes Sym, indiquant une plus grande efficacité des électrodes Asy. Les électrodes asymétriques en cuivre ont été étudiées à l'aide de tracés SDPS à différentes températures (40, 60, ainsi que 80 ° C). Enfin, afin de comprendre en partie l'effet des ions Cl− et SO42− sur la corrosion du cuivre, la stabilisation des cations Cu2+ par les ions Cl− et SO42− dans les solutions aqueuses a été modélisée par des calculs DFT. Les résultats obtenus sont conformes aux données expérimentales.

La corrosion comprend des processus naturels par lesquels l'oxydation électrochimique des métaux se produit en différents composés tels que les ions et les oxydants1. La résistance à la corrosion de certains matériaux est également réduite par plusieurs ions corrosifs2. La corrosion par piqûres est un type de corrosion localisée générant de minuscules trous à la surface des métaux, qui peuvent se produire en raison d'ions agressifs tels que les ions chlorure, sulfate et nitrate, etc.3. Différentes industries utilisent le cuivre et ses alliages car ils ont de grandes caractéristiques mécaniques et thermiques. L'électronique, la plomberie, les câbles de transmission et les échangeurs de chaleur sont des exemples de domaines dans lesquels ces métaux sont utilisés4,5,6. Une couche d'oxyde formée à la surface du cuivre en présence d'oxygène présente une résistance à la corrosion7,8,9. Néanmoins, les restrictions de protection et la susceptibilité à diverses corrosions, y compris les corrosions uniformes et les piqûres sous des espèces corrosives spécifiques posent certains problèmes avec l'oxyde de cuivre10,11,12. En outre, la procédure de corrosion du cuivre s'accompagne d'une activation thermique dans laquelle la cinétique de dissolution du cuivre augmente en raison de l'augmentation de la température, et la stabilité de l'oxyde de cuivre dépend des variations de température13.

Les applications du bruit électrochimique (EN) dans les industries, en particulier dans le traitement de la corrosion à distance ainsi que l'examen en ligne du type de corrosion, sont un sujet intéressant parmi les chercheurs et les universitaires de différents domaines14,15,16,17,18. Il y a une destruction considérable dans la corrosion par piqûres, qui est un événement rapide et soudain. Il est également difficile de mesurer ces types de corrosion. La corrosion génère des charges qui provoquent des transitoires naturels de potentiel et de courant, de sorte que les mesures EN peuvent reconnaître ces transitoires impulsifs, appelés signaux16,19. L'analyse EN est effectuée à travers deux approches principales, y compris les techniques statistiques et spectrales. Plusieurs paramètres tels que l'écart type, l'asymétrie et l'aplatissement peuvent être calculés par des analyses statistiques. Le premier indique les activités électrochimiques à la surface des électrodes. Le second mesure la symétrie autour de la moyenne et le dernier montre la distribution en pointe ou plate. L'approche statistique nécessite des prétraitements avant l'analyse des données, en raison de la dérive DC et de l'état non stationnaire20,21,22,23,24,25,26,27. Dans des conditions idéales, l'identification du type et de l'intensité de la corrosion doit être effectuée à l'aide de procédures d'analyse de données qui ne nécessitent pas de conditions stationnaires ou linéaires tout en montrant un potentiel élevé de distinction dans les domaines temporel et fréquentiel en même temps. À cet égard, de nouvelles analyses multi-résolutions temporelles et fréquentielles, selon les ondelettes, sont de bonnes alternatives pour relever efficacement les défis existants. Les ondelettes forment le composant principal des signaux de décomposition dans la transformée en ondelettes (WT), qui agissent de manière similaire aux fonctions goniométriques avec différentes fréquences dans la transformée de Fourier28,29,30,31,32.

Les résultats obtenus à partir du processus d'analyse par ondelettes sont représentés par le graphique du signal partiel (PS) en fonction du temps, la distribution d'énergie (ED) en fonction du nombre de cristaux ainsi que l'écart type du signal partiel (SDPS) en fonction du cristal. L'échelle de temps et la plage de fréquences de la corrosion ainsi que les associations avec le nombre de cristaux sont présentées dans le tableau 1. Par conséquent, à mesure que le nombre de cristaux augmente, l'échelle de temps et la plage de fréquences de la corrosion augmentent également. Les courbes WT et SDPS ont été fréquemment rapportées33,34,35. Les informations fournies par le tracé SDPS ont plus de valeur par rapport aux informations du tracé ED puisque la valeur du SDPS est associée au nombre d'oscillations et à l'amplitude des signaux, ce qui en fait un bon choix pour la présente étude35.

Une cellule ayant deux électrodes de travail (WE) similaires était appelée cellule symétrique (Sym), avec des matériaux, des tailles et une préparation de surface identiques, ces WE étant connectées à un courant de couplage ampèremétrique à résistance nulle (ZRA) entre les électrodes36. Des preuves récentes ont révélé que les cellules asymétriques (Asy) ayant des WE de tailles assez différentes améliorent la détection du bruit car les phénomènes sur une électrode sont enregistrés27,33,34,37. Ces cellules sont capables de conserver la largeur temporelle dans le tracé SDPS, d'augmenter l'amplitude transitoire du courant EN et d'empêcher l'enregistrement de signaux en excès produits dans les cellules Sym.

Dans la présente étude, en plus des mesures EN, le comportement de corrosion par piqûres du cuivre pur est exploré par spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) analysant la résistance à la corrosion et la méthode de polarisation quantifiant le surpotentiel (η)38,39,40,41,42,43. L'effet synergique des ions Cl− et SO42− pour corroder le cuivre métallique a également été étudié. En conséquence, les expériences ont été réalisées initialement dans les solutions NaCl et Na2SO4 séparément, puis dans la solution de mélange d'ions Cl− et SO42− (à 60 °C). À notre connaissance, le présent travail est le premier rapport sur l'étude de la corrosion par piqûres du cuivre par des signaux ECN à l'aide d'électrodes en cuivre Asy. Les recherches en cours visent à montrer que ce type de configuration utilisant du cuivre pourrait être une alternative prometteuse pour traiter les signaux ECN. L'analyse des résultats des cellules Asy a été suivie de leur comparaison avec les cellules Sym à travers les approches statistiques et WT. De plus, des calculs de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) sont également entrepris pour simuler le processus de stabilisation des cations Cu2+ dans les milieux aqueux. Ces calculs révèlent en partie comment les ions Cl− et SO42− facilitent le processus de corrosion du cuivre métallique.

La préparation de trois différentes tailles d'échantillons de cuivre (type tige) a eu lieu, y compris symétrique en grandes (314–314 mm2) et petites (3,14–3,14 mm2) tailles, et cellule asymétrique (3,14–314 mm2) notée Sym-L, Sym-S et Asy, respectivement. La soudure des électrodes à un fil de cuivre a été effectuée après quoi elles ont été complètement recouvertes de résine de manière à ce qu'une surface, avec la zone spécifiée, soit exposée à la solution en tant que surface WE.

Des papiers de carbure de silicium (dans une gamme de 400 # à 2000 #) ont été utilisés pour abraser WE, après quoi de l'eau distillée a été utilisée pour le nettoyage. De l'acétone a été appliquée pour le dégraissage avant chaque course. Les bords de l'échantillon ont été recouverts de vernis à ongles pour empêcher la corrosion caverneuse.

Les cellules expérimentales comprenaient d'abord une solution de Na2SO4 0,6 M, puis une solution de NaCl 0,6 M à 60 °C et enfin une solution de NaCl 0,3 M + Na2SO4 0,3 M à différentes températures de 40, 60 et 80 °C. Le pH de toutes les solutions a été ajusté à 6 à l'aide d'un pH-mètre par addition goutte à goutte de HCl 1 M ou de NaOH 1 M. Les sels nécessaires ont été fournis par Merck Company. Aucune purification supplémentaire n'a été effectuée sur les réactifs.

Deux électrodes de cuivre face à face ont été placées dans la solution avec un espace de 1 cm pour former la cellule électrochimique. Le potentiostat Autolab 302 N a été utilisé pour surveiller les signaux ECN, EIS et les mesures de polarisation. Les enregistrements des signaux ECN ont été effectués après deux heures d'exposition des WE dans la solution pendant un intervalle de 900 secondes. L'application des ondelettes orthogonales de Daubechies du quatrième ordre (db4) a permis de réaliser la technique des ondelettes et la fréquence de 4 Hz a été utilisée pour la fréquence d'échantillonnage des données ECN. Le calcul des paramètres statistiques est effectué en suivant la procédure de suppression de la tendance des ondelettes. Un système à trois électrodes comprenant une électrode Ag/AgCl, des plaques de platine et du cuivre comme électrode de référence, une contre-électrode et l'électrode de travail, respectivement, a été utilisé pour effectuer les tests EIS et de polarisation. Les mesures EIS ont été effectuées au potentiel de circuit ouvert dans la gamme de fréquences 100–1 × 10–5 kHz, en appliquant une perturbation sinusoïdale de 10 mV. Le taux de balayage de polarisation de 1 mV / s a été pris en compte pour le tracé de la courbe de polarisation, préparé par des changements automatiques du potentiel d'électrode dans une plage de potentiel de circuit ouvert vers un potentiel négatif (environ - 0, 6 V). Le logiciel Matlab a été utilisé pour effectuer le traitement des données des logiciels ECN et Nova a été utilisé pour analyser les courbes EIS et de polarisation. Un nombre de 3 répétitions a été considéré pour les expériences.

Les géométries de toutes les molécules de la réaction ont été optimisées par la méthode B3LYP-DFT en utilisant l'ensemble de base 6–311 ++ G (2d, p)39. Les effets des molécules de solvant d'eau restantes sont implicitement pris en compte et supposés se produire dans un milieu avec une constante diélectrique de 78 (celle de l'eau). Un modèle de continuum polarisable continu (CPCM) a été utilisé pour calculer les énergies des molécules apparues dans les réactions40. Les calculs DFT ont été exécutés par le programme Gaussian 09.

La figure 1 montre le circuit équivalent de cellules de corrosion pour mesurer l'ECN, dans lequel i1 et i2 sont les sources de bruit de courant provenant d'un phénomène localisé, par exemple l'évaluation et la séparation de la bulle et de la corrosion à un endroit particulier. Ceux-ci ne sont pas accessibles directement pour mesurer, mais le courant circulant entre deux électrodes (ΔI) est mesurable. La représentation de l'action dynamique des cellules de corrosion est le but du circuit équivalent. En conséquence, il utilise pour toutes les cellules dont deux WE. En utilisant la loi d'Ohm dans le circuit équivalent, on peut écrire, dans le domaine fréquentiel41 :

où Z1, Z2 et Rs sont respectivement l'impédance des électrodes 1, 2 et la résistance de la solution. Dans de nombreux cas, en particulier dans les solutions aqueuses, le Rs peut être ignoré. Dans de tels cas, l'éq. (1) devient l'équation suivante41 :

Le circuit équivalent de la cellule de corrosion pour mesurer EN.

Ces équations montrent que le courant issu de la corrosion d'une électrode est réparti entre les deux WE. En ce qui concerne les événements de corrosion qui se produisent uniquement sur l'électrode 1 (i2 = 0) et génèrent un courant (i1). Par conséquent, il ressort clairement de l'Eq. (2), pour des électrodes identiques au même potentiel (Z1 = Z2), seule la moitié de i1 circule vers l'autre alors qu'elle peut être enregistrée par le ZRA.

A l'inverse, si Z2 < < Z1, environ la totalité du courant est transféré à l'autre électrode et mesuré par ZRA. Z2 < < Z1 se produit lorsque la surface de l'électrode 1 est beaucoup plus petite que celle de l'électrode 2. L'impédance est inversement proportionnelle à la surface27.

Les électrodes en cuivre Sym et Asy ont été examinées séparément dans chacune des solutions de NaCl 0,6 M et de Na2SO4 0,6 M à 60 °C. Aucun signal ECN indiquant une corrosion par piqûres n'a été enregistré dans la solution composée d'ions Cl− ou SO42− (Fig. 2). Parce qu'aucune corrosion par piqûres ne s'est produite. Figure 3, les micrographies optiques révèlent clairement la surface du cuivre dans diverses solutions.

Signaux ECN des électrodes de cuivre (a) Sym et (b) Asy dans des solutions de NaCl 0,6 M et de Na2SO4 0,6 M à 60 °C.

Micrographies optiques du cuivre (a) avant et (b–d) après immersion dans des solutions de NaCl 0,6 M, Na2SO4 0,6 M et NaCl 0,3 M + Na2SO4 0,3 M à 60 °C.

Les signaux ont été enregistrés à l'aide d'électrodes en cuivre Sym et Asy dans la solution de mélange de NaCl 0,3 M + Na2SO4 0,3 M pour l'apparition de piqûres à 60 °C (pH 6). La procédure WT a été utilisée pour éliminer la tendance des transitoires de bruit de courant électrochimique brut (Fig. 4) sans modification des données pratiques, dont les résultats sont représentés sur la Fig. 5.

Les signaux ECN originaux des électrodes Sym et Asy dans une solution de NaCl 0,3 M + Na2SO4 0,3 M à 60 °C.

Les signaux ECN illustrés à la Fig. 4. Après suppression de la tendance.

Le tableau 2 indique les paramètres statistiques, les valeurs d'écart type les plus élevées observées pour les signaux des électrodes Sym-L par rapport aux électrodes Sym-S (SD est fonction à la fois du nombre et de l'amplitude des signaux)33. Le plus grand nombre (et non l'amplitude) de signaux enregistrés par les électrodes Sym-L peut expliquer les différences SD dues à un kurtosis plus faible par rapport aux signaux enregistrés par les électrodes Sym-S, comme illustré à la Fig. 5. En d'autres termes, le plus grand nombre de signaux conduit à des valeurs plus faibles de kurtosis20. Il est à noter que l'utilisation des électrodes Asy vise à éviter le chevauchement des signaux et à améliorer la détection du bruit par augmentation d'amplitude33. Par conséquent, les électrodes Sym-S sont des candidats appropriés pour être comparées aux électrodes Asy. Comme on peut le voir dans le tableau 2, il y a un SD considérablement plus grand pour les signaux d'Asy par rapport aux électrodes Sym, potentiellement en raison de la plus grande amplitude du signal de bruit dans les électrodes Asy, en raison de leur kurtosis plus grand, et par conséquent moins de bruits. Le tableau 2 et la figure 5 montrent que les électrodes Asy ont une asymétrie de signal de courant élevée en raison de l'unidirectionnalité des signaux, résultant de réactions anodiques et cathodiques se produisant respectivement sur les petites et grandes électrodes. Compte tenu de l'espace insuffisant de la petite électrode pour la réduction, le mouvement des électrons produits à partir des réactions anodiques se fait vers la plus grande électrode qui est le lieu des réactions de réduction cathodique33.

La figure 4 montre la décomposition de chaque ensemble de 3600 points de données de signaux ECN ayant lieu avec l'utilisation de WT tandis que les diagrammes SDPS des transitoires sont représentés à la Fig. 6. La position maximale du pic dans les tracés SDPS peut être utilisée pour la détection de chaque transitoire prédominant35.

Graphiques SDPS des signaux ECN de configuration Sym et Asy illustrés à la Fig. 5.

L'emplacement maximal du pic SDPS dans les cellules Asy est le cristal d7 qui ne peut pas être observé dans le cas de Sym-L et Sym-S (Fig. 6). Les signaux partiels et originaux ont été comparés pour s'assurer de la précision du cristal d7 (transitoires avec une échelle de temps de 16 à 32 s, comme indiqué dans le tableau 1). Selon la figure 7b, plusieurs pics sont trouvés pour le signal partiel du cristal d7 dans les électrodes Asy à différents moments (tels que 400 et 500 s). Sur la base des micrographies optiques de la Fig. 3, ces signaux peuvent conduire à des piqûres stables à la surface du cuivre. La figure 7a montre les signaux originaux dont l'échelle de temps se situe dans une plage de 16 à 32 s pour chaque pic, attribués au cristal d7, sans aucun chevauchement. Ainsi, il doit avoir confiance dans l'emplacement du pic maximal observable des électrodes Asy, ce qui signifie qu'il n'est pas nécessaire de comparer les signaux partiels et originaux, alors qu'une telle comparaison est nécessaire pour les électrodes Sym37.

(a) Le signal partiel d7, (b) une partie du signal original Asy illustré à la Fig. 5.

Compte tenu de l'efficacité des tracés SDPS des électrodes Asy, des températures de 40 et 80 °C sont considérées pour examiner les impacts de la température sur la corrosion du cuivre par les tracés SDPS comme on peut le voir sur la Fig.

Tracés SDPS des signaux ECN des électrodes Asy dans une solution de NaCl 0,3 M + Na2SO4 0,3 M à 40, 60 et 80 °C.

Dans lequel, SDPSmax et τ max représentent les valeurs de la SDPS au cristal de crête maximal (dmax) et la largeur temporelle moyenne du cristal dmax, respectivement. Le tableau 3 résume les valeurs des paramètres tirées de la figure 8 et du tableau 1. Des quantités plus élevées de Q à 80 ° C par rapport aux autres températures sont représentées, entraînant plus de corrosion que les autres. De plus, les grands signaux à 80 ° C par rapport aux petits à 40 ° C ont prouvé cette affirmation (Fig. 9).

Les signaux ECN originaux des électrodes Asy dans une solution de NaCl 0,3 M + Na2SO4 0,3 M à (a) 40 °C et (b) 80 °C.

Suite aux résultats de la section précédente, des mesures EIS et de polarisation sont effectuées pour évaluer le comportement de corrosion par piqûres du cuivre métallique en présence d'ions chlorure et sulfate. La plupart des théories associées aux piqûres de cuivre considéraient le chlorure comme responsable des attaques par piqûres tout en excluant la contribution directe des ions sulfate38,45,46. Selon la section précédente et les autres recherches, en présence d'ions sulfate et chlorure, en tant que milieu agressif, la germination des noyaux est principalement associée à la présence de ces deux espèces45,46. Les mesures EIS normales effectuées dans des solutions de NaCl 0,3 M + Na2SO4 0,3 M, NaCl 0,6 M et Na2SO4 0,6 M à 60 °C peuvent être observées sur la Fig. 10. La somme de la résistance de transfert de charge et d'une résistance ohmique se reflète dans la région des basses fréquences dans le tracé de Nyquist. La queue aux hautes fréquences est attribuée à une résistance ohmique représentée à l'aide de la flèche comme RΩpit du tracé de Nyquist sur la figure 10a. Cette résistance ohmique a été vérifiée en dopant des solutions contenant des électrodes en cuivre sans fosse dans la même géométrie que les fosses artificielles avec un électrolyte de support pour déplacer le point indiqué par RΩpit38. Selon la figure 10b, le demi-cercle du tracé de Nyquist a été adapté à un circuit de Randles pour obtenir les valeurs de résistance ohmique de fosse et de transfert de charge. Les meilleures parcelles d'ajustement et le circuit de Randles, comme illustré à la Fig. 10b.

(a) Les parcelles EIS de cuivre (3,14 mm2) dans différentes solutions à 60 ° C. (b) L'ajustement acceptable des données expérimentales et du circuit de Randles.

En se référant au tableau 4, les résistances ohmiques et de transfert de charge dans la solution de NaCl 0,3 M + Na2S04 0,3 M étaient inférieures à celles obtenues à partir de solutions contenant soit du chlorure soit du sulfate. Même s'il existe différentes opinions sur le mécanisme de corrosion du cuivre dans une solution de chlorure, il est généralement admis qu'un film de sel insoluble CuCl se forme; cependant, ce type de film de sel ne peut pas se former dans la solution de sulfate, par conséquent, la corrosion par piqûres est renforcée dans la solution de mélange d'ions Cl− et SO42−45,46.

Par ailleurs, l'évaluation de l'épaisseur de la couche d'oxyde passive est possible en utilisant des diagrammes de Bode (films d'oxyde plus épais réfléchis par des pentes et ordonnées à l'origine plus importantes)37. Il ressort clairement de la figure 11 que la couche d'oxyde est moins épaisse sur le cuivre lors de l'utilisation de NaCl 0,3 M + Na2SO4 0,3 M par rapport aux autres solutions. En conséquence, la couche d'oxyde avait une résistance suffisamment faible pour attaquer les ions à la surface du cuivre à partir de la solution contenant à la fois du chlorure et du sulfate et il existe un effet synergique des ions chlorure et sulfate sur la corrosion par piqûres du cuivre.

Les courbes de Bode du cuivre (3,14 mm2) dans différentes solutions à 60 °C.

Les tracés de polarisation pour la corrosion du cuivre dans différents milieux sont illustrés à la Fig. 12. Les valeurs de surpotentiel (η), qui sont une mesure de la vitesse de réaction de réduction sur l'électrode de surface, sont calculées à l'aide de l'équation suivante42 :

où Eappl et Eeq représentent respectivement les valeurs du potentiel appliqué (pour obtenir un courant constant) et du potentiel d'équilibre. En d'autres termes, le surpotentiel est le potentiel de la cellule par rapport à sa valeur d'équilibre. Ici, des valeurs de surpotentiel considérablement inférieures sont obtenues pour la solution contenant du chlorure + sulfate (η1) par rapport aux solutions de Na2SO4 (η2) et de NaCl (η3) dans le tableau 5. Cela montre qu'il existe un taux suffisamment élevé de réduction de l'oxygène (par conséquent taux élevé de réaction anodique) sur la couche d'oxyde de cuivre la moins épaisse dans la solution de mélange pour l'apparition de piqûres. La plus grande négativité du potentiel de corrosion qui conduit à la corrosion par piqûres résulte de la vitesse de réaction cathodique la plus élevée dans cette situation43.

Les tracés de polarisation du cuivre (3,14 mm2) dans différentes solutions à 60 °C.

Comme mentionné ci-dessus, les ions Cl− et SO42− facilitent le processus de corrosion du cuivre pur. Une fois que tous les paramètres sont les mêmes dans les expériences, les effets de Cl− et SO42− sur le processus de corrosion du métal Cu pourraient être attribués à la stabilisation des cations Cu2+ par les ions Cl− et SO42− dans les solutions aqueuses. Ici, les réactions des ions Cl− et SO42− avec les cations Cu2+ en milieu aqueux sont modélisées. De plus, on tente de tenir compte correctement des effets des molécules d'eau sur les processus de stabilisation. Les interactions des molécules H2O avec les ions du système pourraient être divisées en interactions explicites et interactions implicites47,48,49. Afin de tenir compte des interactions explicites des molécules H2O avec les ions, le cation Cu2+ est considéré comme un complexe avec six molécules d'eau coordonnées et les ions Cl− et SO42− comme anions, hydratés avec trois et quatre molécules d'eau, respectivement. Ensuite, on a supposé que la stabilisation des cations Cu2+ par les ions Cl− et SO42− se produisait selon les processus suivants :

Les structures des espèces impliquées dans les réactions R1, R2 et R3 sont illustrées à la Fig. 13. Les énergies de réaction calculées pour R1, R2 et R3 sont respectivement de − 347,1 kJ/mol, − 351,5 kJ/mol et − 373,5 kJ/mol. Ces énergies calculées sont conformes à la tendance observée pour les effets des anions Cl− et SO42− sur l'accélération de la corrosion du cuivre métallique. La réaction du cation Cu2+ avec les anions SO42− (la réaction R2) conduit à un complexe plus stable que celui avec les anions Cl− (la réaction R1). Un mélange d'anions Cl− et SO42− stabilise davantage les cations Cu2+ que les anions Cl− ou SO42− individuels (réaction R3). Les calculs DFT actuels fournissent une explication des effets synergiques des anions Cl− ou SO42− dans l'augmentation de la vitesse de corrosion du cuivre métallique.

Les structures des espèces impliquées dans les réactions R1, R2 et R3.

Dans la présente étude, le comportement à la corrosion du cuivre pur a été étudié en utilisant les méthodes ECN, EIS et de polarisation dans la solution constituée de Cl− et SO42− en tant qu'ions agressifs. Un objectif clé de cet article a été de révéler les avantages de l'utilisation des électrodes Asy dans les mesures de bruit électrochimique pour la corrosion par piqûres de cuivre. Les conclusions peuvent être tirées comme suit :

La surface des électrodes de la configuration Asy (3–300 mm2) a démontré une amélioration appréciable de la détection de la corrosion par piqûres.

La justification normale de l'utilisation de la configuration Asy est de permettre l'étude de ce qui se passe sur l'une des deux électrodes. Qu'ici les paramètres statistiques de la configuration Asy indiquent que les données enregistrées sont liées à la petite électrode. Cependant, la grande électrode est le substrat qui a consommé les électrons produits.

Les tracés SDPS de la configuration en cuivre Asy sont plus efficaces que ceux de Sym one car l'emplacement apparent du signal maximal provenant des électrodes Asy est réel et il n'est pas nécessaire de comparer les signaux partiels et originaux, alors qu'une telle comparaison est nécessaire pour les électrodes Sym.

Les tracés SDPS ont montré que la corrosion augmentait sur le cuivre avec l'augmentation de la température.

En raison de quantités plus élevées de Q à 80 °C par rapport aux autres températures.

La technique ECN a examiné la corrosion par piqûres dans la solution de mélange parce que le film de sel (CuCl) ne peut pas être formé dans la solution de sulfate, par conséquent, la corrosion par piqûres est renforcée en raison des effets synergiques des ions chlorure et sulfate et n'a montré aucun signal lié à la corrosion par piqûres dans chacune des solutions de NaCl et de Na2SO4.

Les diagrammes de Nyquist et de Bode ont indiqué que la corrosion était augmentée en présence d'ions Cl− et SO42− et que la résistance de la couche d'oxyde était suffisamment faible pour obtenir les ions sur la surface du cuivre. Il était cohérent avec le résultat obtenu à partir de l'ECN ainsi que des micrographies optiques.

La méthode de polarisation est une méthode efficace pour détecter la corrosion en mesurant la vitesse de réaction cathodique. La vitesse de réaction cathodique la plus élevée en présence des deux ions conduit à la corrosion par piqûres résultant de la négativité plus élevée du potentiel de corrosion.

Les calculs DFT ont permis d'expliquer la stabilisation des cations Cu2+ par effet synergique des ions Cl− ou SO42− dans les solutions aqueuses. Les résultats calculés étaient cohérents avec les données expérimentales.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Département de chimie, Université Shahid Bahonar de Kerman, Kerman, 76175, Iran

Ghazal Sadat Sajadi, Vahid Saheb et Seyed Mohammad Ali Hosseini

Département de chimie, branche de Kerman, Université islamique d'Azad, Kerman, Iran

Mehdi Shahidi-Zandi

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Tous les auteurs ont conçu les expériences, Gh.S. Sajadi a réalisé l'expérience, fabriqué les appareils, analysé les données et les résultats avec le soutien du Dr SMA Hosseini et du Dr V. Saheb et tous les auteurs ont rédigé le texte du manuscrit.

Correspondance à Seyed Mohammad Ali Hosseini.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Sajadi, GS, Saheb, V., Shahidi-Zandi, M. et al. Une étude sur l'effet synergique des ions chlorure et sulfate sur la corrosion du cuivre en utilisant le bruit électrochimique dans les cellules asymétriques. Sci Rep 12, 14384 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-18317-2

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Reçu : 04 avril 2022

Accepté : 09 août 2022

Publié: 23 août 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-18317-2

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Une étude sur l'effet synergique des ions chlorure et sulfate sur la corrosion du cuivre en utilisant le bruit électrochimique dans les cellules asymétriques