Corrosion inhibition of copper, zinc and copper-zinc alloys using azole-based organic compounds

Copper and its alloys are widely employed in the most different fields of applications, e.g. electronics, architecture and industries like marine and Oil&Gas. This is possible thanks to their mechanical, electrical and corrosion-resistance properties. However, they are susceptible to particular selective corrosion attacks such as Stress Corrosion Cracking, pitting, erosion-corrosion or de-alloying phenomena. In this regard, corrosion inhibitors are generally used to protect copper and its alloys from corrosion. This thesis project aims to investigate how corrosion inhibitors belonging to the azole family and metal surfaces interact and so enlarge the, still very limited, knowledge about their interaction mechanisms. To do so, various experimental techniques were used. Initially the best corrosion inhibitors among those ones proposed were selected using Linear Polarization Resistance (LPR) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) techniques. The chosen inhibitors are: Benzimidazole, Benzotriazole, 1-methylbenzimidazole, 1-methylbenzotriazole and Indazole. Subsequently the interactions between inhibitors and copper surface were investigated performing Fourier Transform InfraRed (FTIR) tests and correlating the results to Density Functional Theory (DFT) simulation performed by the team partner (Jožef Stefan Institute, Department of Physical and Organic Chemistry, Ljubljana, Slovenia). It was found that molecular structure and in particular the substituents, not only modify the way the inhibitors interact with the surface, but also influence the corrosion protection effectiveness. Furthermore these compounds interact better with copper than with zinc as demonstrated by LPR measurements.

Il rame e le sue leghe sono largamente impiegate nei più disparati campi, come per esempio: elettronica, architettura, industria marina e quella Oil&Gas. Questo è possibile grazie alle loro ottime proprietà meccaniche, elettriche e di resistenza a corrosione. Comunque, queste leghe sono suscettibili a particolari attacchi di corrosione come Stress Corrosion Cracking, pitting, erosione-corrosione e fenomeni di de-alloying. A questo scopo gli inibitori di corrosione sono comunemente usati per proteggere il rame e le sue leghe dalla corrosione. Questo progetto di tesi ha come obiettivo quello di indagare come gli inibitori di corrosione appartenenti alla famiglia degli azoli e la superficie metallica interagiscono e incrementare in questo modo la, ancora piuttosto limitata, conoscenza dei loro meccanismi di interazione. Per ottenere questo, diversi tecniche sperimentali sono state impiegate. Inizialmente sono stati selezionati i migliori inibitori di corrosione in termini di protezione dalla corrosione utilizzando tecniche di polarizzazione lineare e spettroscopia a impedenza elettrochimica. Gli inibitori selezionati sono: Benzimidazolo, Benzotriazolo, 1-metilbenzimidazolo, 1-metilbenzotriazolo, Indazolo. Successivamente sono state studiate le interazioni tra gli inibitori e la superficie del campione di rame, eseguendo FTIR test e correlando poi i risultati con le simulazioni DFT (Density Functional Theory) effettuate dal team partner (Jožef Stefan Institute, Department of Physical and Organic Chemistry, Ljubljana, Slovenia). E’ stato riscontrato che la struttura molecolare delle molecole e in particolare i suoi sostituenti, non solo modificano il modo in cui avviene l’interazione con la supeficie metallica, ma influenzano anche l’efficacia del meccanismo di protezione dalla corrosione. Inoltre questi composti interagiscono meglio col rame che con lo zinco, come dimostrato dalla più elevata velocità di corrosione osservate nei campioni di zinco, registrata con la tecnica di polarizzazione lineare.