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Un inhibidor de la corrosión se selecciona generalmente en base a la dispersabilidad o solubilidad del fluido al que va a ser agregado. Por ejemplo, en este trabajo se utiliza un inhibidor soluble en hidrocarburos y dispersable en medios acuosos debido a que es el medio en el que se está aplicando. Estos sistemas están compuestos de dos fases: agua e hidrocarburos y utilizan un inhibidor de aceite soluble dispersable en agua. En medios líquidos el inhibidor puede aplicarse en lotes como lo recomienda el fabricante o en concentraciones de entre 50 y 1000 ppm de manera continua. La forma en que se aplique el inhibidor al medio, dará como resultado un buen funcionamiento del mismo y la duración de la película protectora que se forme. En este trabajo se utiliza un inhibidor de la corrosión comercial, conocido como Carboxietil-imidazolina. Al aplicar un inhibidor de la corrosión de base imidazolina, la adsorción de sus sales sobre la superficie del metal desplazará las moléculas de agua y formara una capa hidrofóbica mono-molecular sobre la superficie, cuando se mezcle con productos cargados positivamente generara un efecto dispersante.

Debido a la variedad de sus aplicaciones se pueden aplicar en emulsiones en donde se sabe que actuara como estabilizante de la emulsión, inhibirá la corrosión y mejorara la lubricación de los aceites estas propiedades se deben a sus sales de acetato.

Figura 1.6 Molécula típica de una imidazolina (36).

Cadena de Hidrocarburo

En este trabajo se utilizó una imidazolina, esta imidazolina puede utilizarse aplicándose por lotes de decapado, logrando con esto mejorar la humectación por el acido y recubrir la superficie limpia del metal, con lo que se provocara que la velocidad de ataque del acido sea limitada. Debido a sus propiedades cuando la imidazolina se mezcle con productos cargados positivamente generara un efecto dispersante.

Las imidazolinas tienen la capacidad de actuar como estabilizadores en una emulsión, inhiben la corrosión y mejoran la lubricación de los aceites. Las imidazolinas o sus cloruros o sales de acetato, son capaces de actuar tanto como emulsificantes así como inhibidores de la corrosión. Una imidazolina es una base nitrogenada y térmicamente estable (como ya se mencionó anteriormente), y como no está neutralizada es un lipofilo, es soluble en solventes no polares y aceites minerales pero solo es dispersable en sistemas acuosos, debido a que tiene la habilidad de formar cationes que adsorben fuertemente la carga negativa de la superficie de los metales, fibras, plásticos, cristales y minerales por tal motivo las superficies hidrofílicas se convertirán en hidrofóbicas.

Para aplicar un inhibidor de la corrosión adecuadamente se requiere tener pleno conocimiento y entender perfectamente el comportamiento químico de los procesos de corrosión del sistema al que se le va a aplicar, ya que una sustancia puede inhibir la corrosión en un medio y aumentarla en otro. Los aspectos más importantes a considerar al seleccionar un inhibidor de la corrosión y de la concentración dependen del tipo de sistema, la composición del agua, temperatura, velocidad de movimiento, composición del electrodo de trabajo, la existencia de esfuerzos

residuales aplicados, la presencia de otros metales. Los desechos también deben

considerarse, así como la presencia de hendidura natural.

La concentración de agentes agresivos como los sulfatos y cloruros interfiere en la formación y mantenimiento de una película pasiva del material. Esta película

protectora depende del pH, de la concentración del H2S y del tiempo de inmersión

del electrodo en el medio corrosivo (21). Los efectos de la inhibición por H2S en la

corrosión del acero se atribuyen a la formación de sulfuros ferrosos (FeS) como se mencionó anteriormente, los cuales son una película protectora que se genera en la superficie del electrodo.

El sistema Fe-S es motivo de múltiples investigaciones debido a la complejidad de compuestos que pueden derivarse de él. Dependiendo de la concentración del oxigeno, parece formarse una capa de FeS única de forma tetragonal, la cual se oxida fácilmente (36).

De acuerdo con Ma et al. (21) y sus investigaciones más recientes, un mecanismo

probable del acero en una solución acida que contiene H2S se describe como:

Fe + H2S + H2O FeSH-Ads + H3O+ (7)

FeSH-Ads Fe(SH)Ads + e- (8)

Fe(SH)Ads + e- FeSH+ + e- (9)

Que de acuerdo con Shoesmith (37), las especies de FeSH+ en la superficie del

electrodo pueden incorporarse directamente dentro del crecimiento de la capa de mackinawita de acuerdo con la ecuación:

FeSH+ FeS1-x + xSH- + (1-X)H+ (10)

O pueden ser hidrolizados a rendimiento Fe2+ por la ecuación:

FeSH+ + H3O+ Fe2+ + H2S + H2O (11)

Si por la ecuación anterior se llega a una súper-saturación en la superficie del electrodo, entonces se empezaran a formar uno o más de los siguientes sulfuros ferrosos: mackinawita, sulfuros ferrosos cúbicos o troilita.

Después de que ocurre la reacción (10) la mackinawita puede convertirse en troilita con una estabilidad muy buena y con propiedades más protectoras.

Los mecanismos de corrosión por H2S de aceros al carbón que se proponen en la

literatura utilizan técnicas muy bien establecidas como lo son las técnicas de la química computacional (ejemplo de estas son: la teoría del estado de transición o cálculos de primer principio entre otros). Los mecanismos más viables para la

corrosión por H2S y las velocidades de reacción así como las constantes cinéticas

asociadas con estos mecanismos se presentan más adelante.

Estos mecanismos propuestos para la corrosión por H2S se basan en que existe la

formación de una película de Mackinawita, de acuerdo con Sun et al. (38) la estructura de las moléculas se desarrollan en dos formas diferentes de acuerdo a lo siguiente: K-1 K2 K-2 K3 K5 K-5

Fe + H2S Fe + H2SAds

Fe + H2SAds Fe + HS- + H+Ads

Forma I.

Fe + HS- + H+Ads FeHS-Ads + H+Ads

FeHS-Ads + H+Ads FeHS+Ads + HAds + e-

FeHS+Ads + HAds + e- FeSAds + 2HAds

2nFeSAds nF2S2 FeSMackinawita (Pareja de Taylor).

Forma II.

Fe + H2SAds Fe + HS- + H+Ads

Fe + HS- + H+Ads FeS-Ads + 2H+Ads

FeS-Ads + 2H+Ads FeSAds + 2HAds

2nFeSAds nF2S2 FeSMackinawita (Pareja de Taylor).

La capa de FeS a su vez tiene diferentes formas de cristales como lo son la pirita, troilita y mackinawita. En la actualidad todavía no se establece con exactitud los componentes de la película de sulfuro pero muchos autores establecen que la especie denominada como mackinawita es un tipo de especie meta-estable la cual se forma primero sobre la superficie del electrodo, para posteriormente formar otras especies más estables como la pirita y la troilita.

Debido a que la concentración del H2S juega un papel muy importante en cuanto a la

influencia que tiene sobre la habilidad de la película de sulfuro para proteger al

material, puede originar que cuando se incremente la concentración del H2S, la

cantidad de Kansita formada también se incrementara en la película (38). Pero de acuerdo con Ma. et al. (21) la kansita tiene algunos defectos en su estructura solida por lo que no puede prevenir la corrosión del acero efectivamente como la pirita y la

troilita. Por otro lado cuando la concentración del H2S es alta, se va a depositar una

apreciable cantidad de maquinawita en la superficie del electrodo (pH entre 3-5), esta provocara que se forme una película de sulfuro suelto a circuito abierto, con lo cual no se lograra la inhibición.

HIPOTESIS:

Las diferentes microestructuras obtenidas mediante tratamientos termomecánicos durante su manufactura del material en estudio, juegan un papel preponderante con respecto a la resistencia que presentan a la corrosión y la adición de un inhibidor orgánico contribuirá con un mejor comportamiento frente al ataque corrosivo.

OBJETIVO GENERAL.

Generar conocimiento original al analizar el comportamiento que presente el material en estudio frente a los diferentes mecanismos de corrosión que se generen durante su exposición en el medio corrosivo.

OBJETIVOS ESPECIFICOS.

a) Evaluar la resistencia a la corrosión de un acero microaleado de reciente fabricación y con distintas microestructuras denominado como A, B y B2,

en la solución de 3%NaCl+H2S a 50°C con agitación constante sin

inhibidor mediante las técnicas electroquímicas: Curvas de Polarización, Resistencia a la Polarización lineal (LPR), Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS) y Ruido Electroquímico.

b) Evaluar la resistencia a la corrosión de un acero microaleado de reciente fabricación y con distintas microestructuras denominadas como A, B y B2,

en la solución de NaCl+H2S a 50°C con inhibidor a distintas

concentraciones mediante las técnicas electroquímicas: Curvas de Polarización, Resistencia a la Polarización lineal (LPR), Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS) y Ruido Electroquímico.

c) Estudiar el papel que juegan en el medio corrosivo por H2S para prevenir

la corrosión las diferentes microestructuras del acero de acuerdo a los diferentes tratamientos termomecánicos a los que fue sometido para lograr sus características mecánicas.

Capítulo II.

Procedimiento experimental.

En este capítulo se describe la forma en que se realizaron los experimentos que permitieron realizar el estudio de los procesos electroquímicos que se llevan a cabo en el material muestreado, la solución electrolítica empleada, los materiales utilizados y la técnica metalúrgica para la preparación de muestras, los tratamientos termomecánicos, el inhibidor comercial utilizado, equipos electroquímicos utilizados, así como del desarrollo experimental realizado y sus procedimientos empleados.

2.1 Material.

El material de trabajo es un acero microaleado de alta resistencia y baja aleación (desarrollado en la Universidad de Pittsburgh). Por el tipo de enfriamiento al que fue sometido durante su proceso de fabricación presenta tres variantes en su microestructura, por lo que material consta de tres placas que se obtuvieron al procesar lingotes de este acero por un proceso termomecánico de laminación controlada. El material bajo estudio fue desarrollado y proporcionado por la Universidad de Pittsburgh como parte de un programa experimental de desarrollo de aceros con mayor grado de resistencia, para diversas aplicaciones.

Las placas de acero fueron de 60X30cm de largo y ancho respectivamente, con 11mm de espesor. Este acero alcanza una resistencia a la cedencia de aproximadamente 850MPa (120ksi), la cual se atribuye a los tratamientos termomecánicos de laminación controlada (TMCP), a los que fue sometido en su proceso de manufactura, por lo que debido a los mismos presenta tres variantes en su microestructura denominadas arbitrariamente como A, B y B2. La composición química del material que se muestra en la tabla 2.1. Puede notarse que los elementos químicos que los conforman son principalmente el Fe-Si-Mn-Cr-Ni así como los microaleantes que contiene son el Nb, Ti, Al y V.

C Si Mn P S Cr Mo Ni Al Co

0.0278 0.2440 1.0003 0.0039 0.0049 0.4223 0.1800 1.3543 0.0451 0.0046

Cu Nb Ti V Pb Fe

0.0107 0.0245 0.0155 0.0002 0.0052 96.6