Köszönjük, hogy meglátogatta a Nature.com oldalt.Olyan böngészőverziót használ, amely korlátozott CSS-támogatással rendelkezik.A legjobb élmény érdekében javasoljuk, hogy használjon frissített böngészőt (vagy tiltsa le a kompatibilitási módot az Internet Explorerben).Ezenkívül a folyamatos támogatás érdekében stílusok és JavaScript nélkül jelenítjük meg az oldalt.
Egyszerre három diából álló körhinta jeleníti meg.Az Előző és a Következő gombokkal egyszerre három dián lépkedhet, vagy a végén lévő csúszkagombokkal egyszerre három dián.
A Duplex 2205 rozsdamentes acél (DSS) tipikus duplex szerkezetének köszönhetően jó korrózióállósággal rendelkezik, de az egyre keményebb CO2-tartalmú olaj- és gázkörnyezet különböző mértékű korróziót, különösen lyukasodást eredményez, ami komolyan veszélyezteti az olaj és a természetes anyagok biztonságát és megbízhatóságát. gázalkalmazások.gázfejlesztés.Ebben a munkában egy merítési tesztet és egy elektrokémiai tesztet alkalmaznak lézeres konfokális mikroszkóppal és röntgen fotoelektron spektroszkópiával kombinálva.Az eredmények azt mutatták, hogy az átlagos kritikus hőmérséklet a 2205 DSS lyukasztásnál 66,9 °C volt.Ha a hőmérséklet magasabb, mint 66,9 ℃, a pontozási áttörési potenciál, a passziválási intervallum és az önkorróziós potenciál csökken, a méretpasszivációs áramsűrűség nő, és a pitting érzékenység nő.A hőmérséklet további emelkedésével a 2205 DSS kapacitív ív sugara csökken, a felületi ellenállás és a töltésátviteli ellenállás fokozatosan csökken, valamint az n + p-bipoláris jellemzőkkel rendelkező termék filmrétegében a donor és akceptor hordozók sűrűsége is. növekszik, csökken a film belső rétegének Cr-oxid tartalma, nő a külső réteg Fe-oxid tartalma, nő a filmréteg oldódása, csökken a stabilitás, nő a gödrök száma és a pórusméret.
A gyors gazdasági-társadalmi fejlődés, valamint a társadalmi haladás összefüggésében az olaj- és gázforrások iránti kereslet tovább növekszik, ami arra kényszeríti az olaj- és gázfejlesztést, hogy fokozatosan a délnyugati és a tengeri területekre tolódik el, ahol a körülmények és a környezet is súlyosabb, így a működési feltételek a fúrólyuk csövek egyre súlyosabbá válnak..Romlás 1,2,3.A kőolaj- és gázkutatás területén, amikor a termelt folyadék CO2 4 és sótartalmának és klórtartalmának 5, 6 növekedése, a közönséges 7 szénacél cső komoly korróziónak van kitéve, még akkor is, ha a csőszálba korróziógátló anyagokat pumpálnak, a korróziót nem lehet hatékonyan elnyomni Az acél már nem felel meg a hosszú távú működés követelményeinek durva korrozív CO28,9,10 környezetben.A kutatók a jobb korrózióállóságú duplex rozsdamentes acélok (DSS) felé fordultak.2205 DSS, az acél ferrit és ausztenit tartalma körülbelül 50%, kiváló mechanikai tulajdonságokkal és korrózióállósággal rendelkezik, a felületi passzivációs film sűrű, kiváló egyenletes korrózióállósággal rendelkezik, az ára alacsonyabb, mint a nikkel alapú ötvözeteké 11 , 12. Így a 2205 DSS-t gyakran használják nyomástartó edényként korrozív környezetben, olajkút házaként korrozív CO2 környezetben, vízhűtőként kondenzációs rendszerként tengeri olaj- és vegyi mezőkben 13, 14, 15, de a 2205 DSS-nek korrozív perforációja is lehet. szolgálatban.
Jelenleg számos tanulmány készült a CO2- és Cl-pitting korrózióról 2205 DSS Magyarországon és külföldön [16,17,18].Ebrahimi19 azt találta, hogy kálium-dikromát só NaCl-oldathoz való hozzáadása gátolhatja a 2205 DSS lyukképződést, és a kálium-dikromát koncentrációjának növelése növeli a 2205 DSS lyukképződés kritikus hőmérsékletét.A 2205 DSS pitting potenciálja azonban növekszik, ha bizonyos koncentrációban NaCl-t adnak a kálium-dikromáthoz, és csökken a NaCl koncentráció növekedésével.A Han20 azt mutatja, hogy 30-120 °C-on a 2205 DSS passziváló film szerkezete Cr2O3 belső réteg, FeO külső réteg és gazdag Cr keveréke;amikor a hőmérséklet 150 °C-ra emelkedik, a passzivációs film feloldódik., a belső szerkezet Cr2O3-ra és Cr(OH)3-ra, a külső réteg pedig Fe(II,III)-oxidra és Fe(III)-hidroxidra változik.A Peguet21 azt találta, hogy az S2205 rozsdamentes acél stacionárius pontozása NaCl oldatban általában nem a kritikus pitting hőmérséklet (CPT) alatt, hanem az átalakulási hőmérsékleti tartományban (TTI) történik.Thiadi22 arra a következtetésre jutott, hogy a NaCl koncentrációjának növekedésével az S2205 DSS korrózióállósága jelentősen csökken, és minél negatívabb az alkalmazott potenciál, annál rosszabb az anyag korrózióállósága.
Ebben a cikkben dinamikus potenciál letapogatással, impedancia spektroszkópiával, konstans potenciállal, Mott-Schottky-görbével és optikai elektronmikroszkóppal vizsgáltuk a magas sótartalom, a magas Cl-koncentráció és a hőmérséklet hatását a 2205 DSS korróziós viselkedésére.valamint a fotoelektron spektroszkópia, amely elméleti alapot ad a 2205 DSS biztonságos működéséhez CO2 tartalmú olaj- és gázkörnyezetben.
A vizsgálati anyag a 2205 DSS (acélminőség 110ksi) oldattal kezelt acélból van kiválasztva, és a fő kémiai összetételt az 1. táblázat mutatja.
Az elektrokémiai minta mérete 10 mm × 10 mm × 5 mm, acetonnal megtisztítják az olaj és az abszolút etanol eltávolítására, majd szárítják.A próbadarab hátoldalát forrasztják a megfelelő hosszúságú rézhuzal csatlakoztatásához.Hegesztés után multiméterrel (VC9801A) ellenőrizze a hegesztett próbadarab elektromos vezetőképességét, majd tömítse le a nem működő felületet epoxival.Használjon 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# szilícium-karbid vízcsiszolópapírt a polírozógép munkafelületének polírozására 0,25 um polírozószerrel, amíg a felület érdessége Ra≤ 1,6 um, végül tisztítsa meg és helyezze be a termosztátot. .
Priston (P4000A) elektrokémiai munkaállomást használtak három elektródával.Segédelektródaként egy 1 cm2 területű platina elektródát (Pt), munkaelektródaként DSS 2205-öt (1 cm2 területű), referenciaelektródát (Ag/AgCl) használtunk. használt.A tesztben használt modelloldatot a (2. táblázat) szerint készítettük el.A vizsgálat előtt nagy tisztaságú (99,99%) N2-oldatot engedünk át 1 órán át, majd 30 percig CO2-t engedünk át az oldat oxigénmentesítésére., és az oldatban lévő CO2 mindig telített állapotban volt.
Először helyezze a mintát a vizsgálati oldatot tartalmazó tartályba, és helyezze állandó hőmérsékletű vízfürdőbe.A kezdeti beállítási hőmérséklet 2°C, a hőmérséklet-emelkedést 1°C/perc sebességgel szabályozzuk, a hőmérséklet-tartományt pedig szabályozzuk.2-80 °C-on.Celsius.A teszt állandó potenciálon (-0,6142 Vs.Ag/AgCl) indul, és a tesztgörbe egy It-görbe.A kritikus pitting hőmérséklet vizsgálati szabvány szerint az It görbe ismerhető.Azt a hőmérsékletet, amelyen az áramsűrűség 100 μA/cm2-re emelkedik, kritikus pitting hőmérsékletnek nevezzük.A gödrösítés átlagos kritikus hőmérséklete 66,9 °C.A polarizációs görbe és az impedancia spektrum teszthőmérsékletét 30 °C-ra, 45 °C-ra, 60 °C-ra és 75 °C-ra választottuk, és a vizsgálatot háromszor megismételtük azonos mintakörülmények között a lehetséges eltérések csökkentése érdekében.
Az oldatnak kitett fémmintát először katódpotenciálon (-1,3 V) polarizáltuk 5 percig, mielőtt megvizsgáltuk a potenciodinamikai polarizációs görbét a minta munkafelületén képződött oxidfilm eltávolítására, majd nyitott áramköri potenciálon 1 óra, amíg a korróziós feszültség nem jön létre.A dinamikus potenciálpolarizációs görbe pásztázási sebességét 0,333 mV/s-ra, a letapogatási intervallum potenciálját pedig -0,3-1,2 V-ra állítottuk be az OCP-vel szemben.A teszt pontosságának biztosítása érdekében ugyanazokat a vizsgálati körülményeket háromszor megismételtük.
Impedancia spektrum tesztelő szoftver – Versa Studio.A vizsgálatot először állandó nyitott potenciálon végeztük, a váltakozó zavarfeszültség amplitúdóját 10 mV-ra, a mérési frekvenciát 10-2-105 Hz-re állítottuk.spektrumadatok a tesztelés után.
Aktuális időgörbe tesztelési folyamata: válasszon ki különböző passzivációs potenciálokat az anódos polarizációs görbe eredményeinek megfelelően, mérje meg az It görbét állandó potenciálon, és igazítsa a kettős logaritmus görbét, hogy kiszámítsa az illesztett görbe meredekségét a filmelemzéshez.a passziváló film kialakulásának mechanizmusa.
Miután a nyitott áramköri feszültség stabilizálódott, végezzen Mott-Schottky görbe tesztet.Tesztpotenciál pásztázási tartomány 1,0-1,0V (vS.Ag/AgCl), pásztázási sebesség 20mV/s, tesztfrekvencia 1000Hz-re állítva, gerjesztő jel 5mV.
Használjon röntgen-fotoelektron-spektroszkópiát (XPS) (ESCALAB 250Xi, Egyesült Királyság) a felületi passzivációs film összetételének és kémiai állapotának porlasztásos tesztelésére a 2205 DSS filmképződés után, és végezze el a mérési adatok csúcs-illesztési feldolgozását kiváló szoftver segítségével.atomspektrum-adatbázisokkal és a kapcsolódó szakirodalommal23 összehasonlítva, valamint C1s-vel (284,8 eV) kalibrálva.A mintákon a korrózió morfológiáját és a gödrök mélységét ultramély optikai digitális mikroszkóppal (Zeiss Smart Zoom5, Németország) jellemeztük.
A mintát azonos potenciálon (-0,6142 V rel. Ag/AgCl) vizsgáltuk állandó potenciál módszerrel, és rögzítettük a korróziós áramgörbét az idő függvényében.A CPT tesztszabvány szerint a polarizációs áramsűrűség fokozatosan növekszik a hőmérséklet emelkedésével.Az 1. ábra a 2205 DSS kritikus pitting hőmérsékletét mutatja 100 g/l Cl– és telített CO2-t tartalmazó szimulált oldatban.Látható, hogy az oldat alacsony hőmérsékletén az áramsűrűség gyakorlatilag nem változik a vizsgálati idő növekedésével.És amikor az oldat hőmérséklete egy bizonyos értékre emelkedett, az áramsűrűség gyorsan nőtt, ami azt jelzi, hogy a passziváló film oldódási sebessége az oldat hőmérsékletének növekedésével nőtt.Ha a szilárd oldat hőmérsékletét 2 °C-ról körülbelül 67 °C-ra emeljük, a 2205DSS polarizációs áramsűrűsége 100 µA/cm2-re növekszik, és a 2205DSS átlagos kritikus pontozási hőmérséklete 66,9 °C, ami körülbelül 16,6 °C. magasabb, mint a 2205DSS.standard 3,5 tömeg% NaCl (0,7 V)26.A kritikus pontozási hőmérséklet a mérés időpontjában alkalmazott potenciáltól függ: minél kisebb az alkalmazott potenciál, annál magasabb a mért kritikus pontozási hőmérséklet.
2205 duplex rozsdamentes acél pontozási kritikus hőmérsékleti görbéje 100 g/l Cl–-t és telített CO2-t tartalmazó szimulált oldatban.
ábrán.A 2. ábra a 2205 DSS váltakozó áramú impedancia diagramjait mutatja 100 g/l Cl-t és telített CO2-t tartalmazó szimulált oldatokban különböző hőmérsékleteken.Látható, hogy a 2205DSS Nyquist diagramja különböző hőmérsékleteken nagyfrekvenciás, középfrekvenciás és kisfrekvenciás ellenállás-kapacitás ívekből áll, az ellenállás-kapacitás ívek pedig nem félkör alakúak.A kapacitív ív sugara tükrözi a passziváló film ellenállás értékét és a töltésátviteli ellenállás értékét az elektród reakció során.Általánosan elfogadott, hogy minél nagyobb a kapacitív ív sugara, annál jobb a fémhordozó korrózióállósága az oldatban27.30 °C-os oldathőmérsékletnél a kapacitív ív sugara a Nyquist diagramon és a fázisszög az impedancia modulus diagramján |Z|A Bode a legmagasabb, a 2205 DSS korrózió pedig a legalacsonyabb.Az oldat hőmérsékletének növekedésével a |Z|csökken az impedancia modulus, az ívsugár és az oldatellenállás, emellett a fázisszög is 79 Ω-ról 58 Ω-ra csökken a köztes frekvencia tartományban, széles csúcsot és sűrű belső réteget és ritka (porózus) külső réteget mutatva a fő. egy inhomogén passzív film jellemzői28.Ezért a hőmérséklet emelkedésével a fém hordozó felületén kialakuló passziváló film feloldódik és megreped, ami gyengíti a hordozó védő tulajdonságait és rontja az anyag korrózióállóságát29.
A ZSimDeme szoftver segítségével az impedancia spektrum adataihoz illesztett ekvivalens áramkört a 330. ábra mutatja, ahol Rs a szimulált oldatellenállás, Q1 a film kapacitása, Rf a generált passziváló film ellenállása, Q2 a dupla réteg kapacitása, az Rct pedig a töltésátviteli ellenállás.A táblázatba illesztés eredményeiből.A 3. ábrán látható, hogy a szimulált oldat hőmérsékletének növekedésével n1 értéke 0,841-ről 0,769-re csökken, ami a kétrétegű kondenzátorok közötti rés növekedését és a sűrűség csökkenését jelzi.Az Rct töltésátviteli ellenállás 2,958×1014-ről fokozatosan 2,541×103 Ω cm2-re csökkent, ami az anyag korrózióállóságának fokozatos csökkenését jelezte.Az Rs oldat ellenállása 2,953-ról 2,469 Ω cm2-re, a passziváló fólia Q2 kapacitása pedig 5,430 10-4-ről 1,147 10-3 Ω cm2-re csökkent, az oldat vezetőképessége nőtt, a passziváló film stabilitása csökkent. , és a közegben növekszik a Cl-, SO42- stb.) oldat, ami felgyorsítja a passziváló fólia pusztulását31.Ez az Rf filmellenállás csökkenéséhez (4662-ről 849 Ω cm2-re), valamint a duplex rozsdamentes acél felületén kialakuló Rp polarizációs ellenállás csökkenéséhez vezet (Rct+Rf).
Emiatt az oldat hőmérséklete befolyásolja a DSS 2205 korrózióállóságát. Az oldat alacsony hőmérsékletén a katód és az anód között Fe2 + jelenlétében reakció megy végbe, ami hozzájárul a cső gyors oldódásához és korróziójához. anód, valamint a felületen kialakuló film passziválása, teljesebb és nagyobb Sűrűség, nagyobb ellenállású töltésátvitel az oldatok között, lassítja a fémmátrix oldódását és jobb korrózióállóságot mutat.Az oldat hőmérsékletének növekedésével az Rct töltésátvitellel szembeni ellenállása csökken, az oldatban lévő ionok közötti reakció sebessége felgyorsul, az agresszív ionok diffúziós sebessége pedig felgyorsul, így a kezdeti korróziós termékek ismét kialakulnak az oldat felületén. a szubsztrátumot a fémhordozó felületéről.A vékonyabb passziváló film gyengíti az aljzat védő tulajdonságait.
ábrán.A 4. ábra a 2205 DSS dinamikus potenciálpolarizációs görbéit mutatja 100 g/l Cl–-t és telített CO2-t tartalmazó szimulált oldatokban különböző hőmérsékleteken.Az ábráról látható, hogy amikor a potenciál a -0,4 és 0,9 V közötti tartományban van, az anódgörbéken különböző hőmérsékleteken nyilvánvaló passzivációs tartományok vannak, az önkorróziós potenciál pedig körülbelül -0,7 és -0,5 V között van. a sűrűség 100 μA/cm233-ig növeli az áramerősséget, az anódgörbét általában pitting potenciálnak (Eb vagy Etra) nevezik.A hőmérséklet emelkedésével a passzivációs intervallum csökken, az önkorróziós potenciál csökken, a korróziós áramsűrűség hajlamos nőni, és a polarizációs görbe jobbra tolódik, ami azt jelzi, hogy a szimulált megoldásban a DSS 2205 által képzett film aktív. tevékenység.100 g/l Cl– és telített CO2 tartalommal, növeli a pontkorrózióval szembeni érzékenységet, az agresszív ionok könnyen károsítják, ami a fémmátrix fokozott korróziójához és a korrózióállóság csökkenéséhez vezet.
A 4. táblázatból látható, hogy amikor a hőmérséklet 30°C-ról 45°C-ra emelkedik, a megfelelő túlpasszivációs potenciál kismértékben csökken, de a megfelelő méretű passzivációs áramsűrűség jelentősen megnő, ami azt jelzi, hogy a passziváló fólia védelme ezek alatt a feltételek a hőmérséklet emelkedésével nőnek.Amikor a hőmérséklet eléri a 60°C-ot, a megfelelő pittingpotenciál jelentősen csökken, és ez a tendencia a hőmérséklet emelkedésével egyre nyilvánvalóbbá válik.Megjegyzendő, hogy 75°C-on jelentős tranziens áramcsúcs jelenik meg az ábrán, ami metastabil lyukkorrózió jelenlétét jelzi a minta felületén.
Ezért az oldat hőmérsékletének növekedésével az oldatban oldott oxigén mennyisége csökken, csökken a filmfelület pH-értéke, és csökken a passziváló film stabilitása.Ezen túlmenően, minél magasabb az oldat hőmérséklete, annál nagyobb az agresszív ionok aktivitása az oldatban, és annál nagyobb a károsodás mértéke a szubsztrát felületi filmrétegében.A filmrétegben képződött oxidok könnyen leesnek, és reakcióba lépnek a filmrétegben lévő kationokkal, így oldható vegyületeket képeznek, növelve a lyukképződés valószínűségét.Mivel a regenerált filmréteg viszonylag laza, a hordozóra gyakorolt védőhatás csekély, ami növeli a fémhordozó korrózióját.A dinamikus polarizációs potenciál vizsgálat eredményei összhangban vannak az impedancia spektroszkópia eredményeivel.
ábrán.Az 5a. ábra a 2205 DSS it görbéit mutatja 100 g/l Cl–-t és telített CO2-t tartalmazó modelloldatban.A passzivációs áramsűrűséget az idő függvényében különböző hőmérsékleteken 1 órás polarizáció után kaptuk meg -300 mV potenciálon (Ag/AgCl-hoz viszonyítva).Látható, hogy a 2205 DSS passzivációs áramsűrűség trendje azonos potenciálon és különböző hőmérsékleteken alapvetően ugyanaz, és a trend az idő múlásával fokozatosan csökken és egyenletesebbé válik.A hőmérséklet fokozatos emelkedésével a 2205 DSS passzivációs áramsűrűsége nőtt, ami összhangban volt a polarizáció eredményeivel, ami azt is jelezte, hogy a fémhordozón lévő filmréteg védő jellemzői az oldat hőmérsékletének növekedésével csökkentek.
A 2205 DSS potenciosztatikus polarizációs görbéi azonos filmképző potenciál mellett és különböző hőmérsékleteken.(a) Áramsűrűség az idő függvényében, (b) Passzív filmnövekedés logaritmusa.
Vizsgálja meg a passzivációs áramsűrűség és az idő közötti összefüggést különböző hőmérsékleteken, azonos filmképződési potenciál mellett, az (1)34 szerint:
Ahol i a passzivációs áramsűrűség a filmképző potenciálnál, A/cm2.A a munkaelektróda területe, cm2.K a rá illesztett görbe meredeksége.t idő, s
ábrán.Az 5b. ábra a 2205 DSS logI és logt görbéit mutatja különböző hőmérsékleteken, azonos filmképző potenciál mellett.A szakirodalmi adatok35 szerint, ha a vonal lejtése K = -1, a hordozó felületén kialakuló filmréteg sűrűbb és jobb korrózióállóságú a fémhordozóval szemben.És amikor az egyenes vonal lejtése K = -0,5, a felületen kialakult filmréteg laza, sok kis lyukat tartalmaz, és rossz a korrózióállósága a fémhordozóval szemben.Látható, hogy 30°C-on, 45°C-on, 60°C-on és 75°C-on a filmréteg szerkezete sűrű pórusokból laza pórusokká változik a kiválasztott lineáris meredekségnek megfelelően.A Point Defect Model (PDM)36,37 szerint látható, hogy a vizsgálat során alkalmazott potenciál nem befolyásolja az áramsűrűséget, ami azt jelzi, hogy a hőmérséklet közvetlenül befolyásolja az anód áramsűrűségének mérését a vizsgálat során, így az áramerősség növekszik a hőmérséklet emelkedésével.A 2205 DSS sűrűsége nő, a korrózióállóság pedig csökken.
A DSS-en kialakított vékonyréteg félvezető tulajdonságai befolyásolják annak korrózióállóságát38, a félvezető típusa és a vékonyréteg hordozósűrűsége befolyásolja a vékonyréteg DSS39,40 repedését és pontozását, ahol a C és E kapacitás a potenciális vékonyréteg kielégíti az MS összefüggést, a félvezető tértöltését a következőképpen számítjuk ki:
A képletben ε a passziváló fólia permittivitása szobahőmérsékleten, 1230, ε0 a vákuum permittivitása, egyenlő 8,85 × 10–14 F/cm, E a másodlagos töltés (1,602 × 10–19 C) ;ND az n-típusú félvezető donorok sűrűsége, cm–3, NA a p-típusú félvezető akceptorsűrűsége, cm–3, EFB a lapos sáv potenciál, V, K a Boltzmann-állandó, 1,38 × 10–3 .23 J/K, T – hőmérséklet, K.
Az illesztett egyenes meredeksége és metszéspontja úgy számítható ki, hogy lineáris elválasztást illesztünk a mért MS görbére, az alkalmazott koncentrációra (ND), az elfogadott koncentrációra (NA) és a lapos sáv potenciálra (Efb)42.
ábrán.A 6. ábra egy 100 g/l Cl-tartalmú szimulált oldatban kialakított 2205 DSS film felületi rétegének Mott-Schottky görbéjét mutatja (-300 mV) potenciálon (-300 mV).Látható, hogy minden különböző hőmérsékleten kialakuló vékonyréteg-réteg rendelkezik az n+p típusú bipoláris félvezetők jellemzőivel.Az n-típusú félvezető oldatanion-szelektivitással rendelkezik, amely megakadályozza, hogy a rozsdamentes acél kationok a passziváló fólián keresztül diffundáljanak az oldatba, míg a p-típusú félvezető kation-szelektivitással rendelkezik, amely megakadályozhatja az oldatban lévő korrozív anionok passzivációs kereszteződését A film jön ki a hordozó felületére 26 .Az is látható, hogy a két illeszkedési görbe között zökkenőmentes átmenet van, a fólia lapos sávos állapotban van, az Efb lapos sávpotenciál segítségével meghatározható a félvezető energiasávjának helyzete és kiértékelhető annak elektrokémiai tulajdonságai. stabilitás43..
Az 5. táblázatban bemutatott MC görbeillesztési eredmények alapján a kimenő koncentrációt (ND) és a befogadó koncentrációt (NA) és az Efb 44 lapos sáv potenciált azonos nagyságrenddel számoltuk.Az alkalmazott vivőáram sűrűsége elsősorban a tértöltésréteg ponthibáit és a passziváló fólia pitting potenciálját jellemzi.Minél nagyobb a felvitt hordozó koncentrációja, annál könnyebben törik a filmréteg, és annál nagyobb a hordozó korróziójának valószínűsége45.Ezenkívül az oldat hőmérsékletének fokozatos emelésével a filmrétegben az ND emitter koncentrációja 5,273 × 1020 cm-3-ről 1,772 × 1022 cm-3-ra, az NA gazdakoncentrációja pedig 4,972 × 1021-ről 4,592-re nőtt. ×1023.cm – az ábrán látható módon.A 3. ábrán a lapos sáv potenciál 0,021 V-ról 0,753 V-ra nő, az oldatban a hordozók száma nő, az oldatban az ionok közötti reakció felerősödik, és a filmréteg stabilitása csökken.Az oldat hőmérsékletének növekedésével minél kisebb a közelítő egyenes meredekségének abszolút értéke, minél nagyobb a hordozók sűrűsége az oldatban, annál nagyobb az ionok közötti diffúzió sebessége, és minél nagyobb az ionüres helyek száma az ionokon. a filmréteg felülete., ezáltal csökken a fém hordozóanyag, a stabilitás és a korrózióállóság 46,47.
A film kémiai összetétele jelentős hatással van a fémkationok stabilitására és a félvezetők teljesítményére, a hőmérséklet változása pedig a rozsdamentes acél film kialakulására.ábrán.A 7. ábra egy 2205 DSS film felületi rétegének teljes XPS spektrumát mutatja 100 g/l Cl– és telített CO2 tartalmú szimulált oldatban.A különböző hőmérsékletű forgácsok által alkotott filmek fő elemei alapvetően azonosak, a fóliák fő összetevői a Fe, Cr, Ni, Mo, O, N és C. Ezért a filmréteg fő összetevői a Fe , Cr, Ni, Mo, O, N és C. Tartály Cr-oxidokkal, Fe-oxidokkal és -hidroxidokkal, valamint kis mennyiségű Ni- és Mo-oxiddal.
Teljes XPS 2205 DSS spektrumok különböző hőmérsékleteken.a) 30°С, b) 45°С, c) 60°С, d) 75°С.
A film fő összetétele a passziváló filmben lévő vegyületek termodinamikai tulajdonságaihoz kapcsolódik.A fóliarétegben lévő fő elemek kötési energiája szerint, táblázatban megadva.A 6. ábrán látható, hogy a Cr2p3/2 jellemző spektrális csúcsai fém Cr0-ra (573,7 ± 0,2 eV), Cr2O3-ra (574,5 ± 0,3 eV) és Cr(OH)3-ra (575,4 ± 0,1 eV) oszlanak. ábrán látható, melyben a Cr elem által képzett oxid a fő komponens a filmben, amely fontos szerepet játszik a film korrózióállóságában és elektrokémiai teljesítményében.A filmrétegben a Cr2O3 relatív csúcsintenzitása nagyobb, mint a Cr(OH)3-é.A szilárd oldat hőmérsékletének növekedésével azonban a Cr2O3 relatív csúcsa fokozatosan gyengül, míg a Cr(OH)3 relatív csúcsa fokozatosan növekszik, ami a fő Cr3+ nyilvánvaló átalakulását jelzi a filmrétegben Cr2O3-ról Cr(OH)-ra. 3, és az oldat hőmérséklete nő.
A Fe2p3/2 jellemző spektrumának csúcsainak kötési energiája főként négy fémes állapotú Fe0 (706,4 ± 0,2 eV), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 eV), FeO (709,5 ± 0,1 eV) és FeOOH (713,1 eV) csúcsból áll. eV) ± 0,3 eV), mint a 8b. ábrán látható, a Fe főleg Fe2+ és Fe3+ formájában van jelen a kialakult filmben.A FeO-ból származó Fe2+ az alacsonyabb kötési energiacsúcsoknál a Fe(II)-t, míg a magasabb kötési energiacsúcsoknál a Fe3O4 és Fe(III) FeOOH vegyületek dominálnak48,49.A Fe3+-csúcs relatív intenzitása nagyobb, mint a Fe2+-é, de a Fe3+-csúcs relatív intenzitása az oldat hőmérsékletének emelkedésével csökken, a Fe2+-csúcs relatív intenzitása pedig növekszik, jelezve, hogy a filmrétegben a fő anyag megváltozik. Fe3+-ról Fe2+-ra, hogy növelje az oldat hőmérsékletét.
A Mo3d5/2 jellemző spektrális csúcsai főleg két csúcspozícióból állnak: Mo3d5/2 és Mo3d3/243.50, míg a Mo3d5/2 fémes Mo (227.5 ± 0.3 eV), Mo4+ (228.9 ± 0.2 eV) és Mo6+ ( 229.3 eV) ), míg a Mo3d3/2 fémes Mo-t (230,4 ± 0,1 eV), Mo4+-t (231,5 ± 0,2 eV) és Mo6+-ot (232, 8 ± 0,1 eV) is tartalmaz, amint az a 8c. ábrán látható, tehát a Mo-elemek a három feletti vegyértékben léteznek a filmréteg állapota.A Ni2p3/2 jellegzetes spektrális csúcsainak kötési energiája Ni0 (852,4 ± 0,2 eV) és NiO (854,1 ± 0,2 eV), amint az a 8g. ábrán látható.A jellegzetes N1s csúcs N-ből áll (399,6 ± 0,3 eV), amint az a 8d. ábrán látható.A jellemző O1s csúcsok közé tartozik az O2- (529,7 ± 0,2 eV), OH- (531,2 ± 0,2 eV) és H2O (531,8 ± 0,3 eV), amint az ábrán látható. A filmréteg fő összetevői (OH- és O2 -) , amelyeket főként a filmrétegben lévő Cr és Fe oxidációjára vagy hidrogén-oxidációjára használnak.Az OH- relatív csúcsintenzitása szignifikánsan megnőtt, ahogy a hőmérséklet 30°C-ról 75°C-ra emelkedett.Ezért a hőmérséklet emelkedésével a filmrétegben lévő O2- fő anyagösszetétele O2-ról OH-ra és O2-ra változik.
ábrán.A 9. ábra a 2205 DSS minta mikroszkópos felületi morfológiáját mutatja dinamikus potenciálpolarizáció után 100 g/l Cl– és telített CO2-t tartalmazó modelloldatban.Látható, hogy a különböző hőmérsékleten polarizált minták felületén különböző mértékű korróziós gödrök találhatók, ez agresszív ionok oldatában fordul elő, és az oldat hőmérsékletének emelkedésével komolyabb korrózió lép fel a a minták felülete.szubsztrát.Növekszik az egységnyi területre jutó gödrök száma és a korróziós centrumok mélysége.
A 2205 DSS korróziós görbéi 100 g/l Cl–-t és telített CO2-t tartalmazó modelloldatokban különböző hőmérsékleteken (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c.
Ezért a hőmérséklet emelkedése növeli a DSS egyes komponenseinek aktivitását, valamint növeli az agresszív ionok aktivitását agresszív környezetben, bizonyos fokú károsodást okozva a minta felületén, ami növeli a pitting aktivitást., és megnövekszik a korróziós gödrök kialakulása.Növekszik a termékképződés sebessége és csökken az anyag korrózióállósága51,52,53,54,55.
ábrán.A 10. ábra egy ultra nagy mélységélességű optikai digitális mikroszkóppal polarizált 2205 DSS minta morfológiáját és lyukmélységét mutatja.ábrából.A 10a. ábrán látható, hogy a nagy gödrök körül kisebb korróziós gödrök is megjelentek, ami arra utal, hogy a minta felületén lévő passziváló fólia részben tönkrement a korróziós gödrök képződésével adott áramsűrűség mellett, és a maximális lyukasztási mélység 12,9 µm volt.a 10b. ábrán látható módon.
A DSS jobb korrózióállóságot mutat, ennek fő oka, hogy az acél felületén kialakuló film jól védett az oldatban, Mott-Schottky a fenti XPS eredmények és a kapcsolódó szakirodalom szerint 13,56,57,58, a film főként áthalad a következő Ez a Fe és a Cr oxidációjának folyamata.
A Fe2+ könnyen feloldódik és kicsapódik a film és az oldat közötti 53 határfelületen, és a katódos reakció folyamata a következő:
Korrodált állapotban kétrétegű szerkezeti film képződik, amely főként egy belső vas- és króm-oxid rétegből, valamint egy külső hidroxid rétegből áll, és általában a film pórusaiban ionok nőnek.A passziváló fólia kémiai összetétele összefügg a félvezető tulajdonságaival, amit a Mott-Schottky-görbe is bizonyít, ami azt jelzi, hogy a passziváló fólia összetétele n+p típusú és bipoláris jellemzőkkel rendelkezik.Az XPS eredmények azt mutatják, hogy a passziváló fólia külső rétege főként n-típusú félvezető tulajdonságokat mutató Fe-oxidokból és -hidroxidokokból, a belső réteg pedig főleg p-típusú félvezető tulajdonságokat mutató Cr-oxidokból és hidroxidokokból áll.
A 2205 DSS nagy ellenállású a magas Cr17,54-tartalom miatt, és a duplex szerkezetek közötti mikroszkopikus galvanikus korrózió55 miatt eltérő fokú lyukfoltot mutat.A lyukkorrózió az egyik leggyakoribb korróziótípus a DSS-ben, és a hőmérséklet az egyik fontos tényező, amely befolyásolja a lyukkorrózió viselkedését, és hatással van a DSS reakció termodinamikai és kinetikai folyamataira60,61.Jellemzően a magas Cl– és telített CO2 koncentrációjú szimulált oldatban a hőmérséklet a feszültségkorróziós repedés alatti feszültségkorróziós repedés során a pontozás kialakulását és a repedések kialakulását is befolyásolja, és a pontozás kritikus hőmérsékletét határozzák meg a kiértékeléshez. a korrózióállóságot.DSS.Az anyagot, amely tükrözi a fémmátrix hőmérsékletre való érzékenységét, általában fontos referenciaként használják a mérnöki alkalmazásokban az anyagválasztás során.A szimulált oldatban a 2205 DSS átlagos kritikus pontozási hőmérséklete 66,9°C, ami 25,6°C-kal magasabb, mint a 3,5% NaCl-ot tartalmazó Super 13Cr rozsdamentes acélé, de a maximális lyukasztási mélység elérte a 12,9 µm-t62.Az elektrokémiai eredmények továbbá megerősítették, hogy a fázisszög és a frekvencia vízszintes tartományai a hőmérséklet emelkedésével szűkülnek, és ahogy a fázisszög 79°-ról 58°-ra csökken, a |Z|1,26×104-ről 1,58×103 Ω cm2-re csökken.az Rct töltésátviteli ellenállása 2,958 1014-ről 2,541 103 Ω cm2-re, az Rs oldatellenállás 2,953-ról 2,469 Ω cm2-re, a filmellenállás Rf 5,430 10-4 cm2-ről 1,147 10-3 cm2-re csökkent.Az agresszív oldat vezetőképessége nő, a fémmátrix filmréteg stabilitása csökken, könnyen oldódik, reped.Az önkorróziós áramsűrűség 1,482-ről 2,893×10-6 A cm-2-re, az önkorróziós potenciál -0,532-ről -0,621V-ra csökkent.Látható, hogy a hőmérséklet változása befolyásolja a filmréteg integritását és sűrűségét.
Ezzel szemben a magas Cl-koncentráció és a telített CO2-oldat a hőmérséklet emelkedésével fokozatosan növeli a Cl- adszorpciós képességét a passziváló film felületén, a passziváló film stabilitása instabillá válik, és védőhatása a passziváló fólia felületén. Az aljzat gyengébb lesz, és nő a kátyúzásra való hajlam.Ilyenkor az oldatban növekszik a korrozív ionok aktivitása, csökken az oxigéntartalom, és a korrodált anyag felületi filmje nehezen regenerálódik gyorsan, ami kedvezőbb feltételeket teremt a korrozív ionok további adszorpciójához a felületen.Anyagcsökkentés63.Robinson és mtsai.[64] kimutatta, hogy az oldat hőmérsékletének növekedésével a gödrök növekedési sebessége felgyorsul, és az ionok diffúziós sebessége is nő az oldatban.Amikor a hőmérséklet 65 °C-ra emelkedik, az oxigén feloldódása a klór-ionokat tartalmazó oldatban lelassítja a katódos reakció folyamatát, csökken a pitting sebessége.A Han20 a hőmérséklet hatását vizsgálta a 2205 duplex rozsdamentes acél korróziós viselkedésére CO2 környezetben.Az eredmények azt mutatták, hogy a hőmérséklet emelkedése megnövelte a korróziós termékek mennyiségét és a zsugorodási üregek területét az anyag felületén.Hasonlóképpen, amikor a hőmérséklet 150 °C-ra emelkedik, a felszínen lévő oxidréteg megszakad, és a kráterek sűrűsége a legmagasabb.A Lu4 a hőmérséklet hatását vizsgálta a 2205 duplex rozsdamentes acél korróziós viselkedésére a passziválástól az aktiválásig CO2-tartalmú geotermikus környezetben.Eredményeik azt mutatják, hogy 150 °C alatti teszthőmérsékleten a kialakult film jellegzetes amorf szerkezetű, a belső határfelület nikkelben gazdag réteget tartalmaz, 300 °C hőmérsékleten pedig a keletkező korróziós termék nanoméretű szerkezetű. .-polikristályos FeCr2O4, CrOOH és NiFe2O4.
ábrán.A 11. ábra a 2205 DSS korróziós és filmképző folyamatának diagramja.Használat előtt a 2205 DSS passziváló filmet képez a légkörben.A magas Cl- és CO2 tartalmú oldatokat szimuláló környezetbe merítés után felületét gyorsan körülveszik különféle agresszív ionok (Cl-, CO32- stb.).).J. Banas 65 arra a következtetésre jutott, hogy egy olyan környezetben, ahol egyidejűleg van jelen CO2, az anyag felületén lévő passziváló film stabilitása idővel csökken, és a képződött szénsav hajlamos növelni az ionok vezetőképességét a passziválásban. réteg.film és az ionok oldódásának gyorsítása passziváló filmben.passziváló film.Így a minta felületén a filmréteg az oldódás és az újrapassziváció dinamikus egyensúlyi szakaszában van66, a Cl- csökkenti a felületi filmréteg kialakulásának sebességét, és apró lyukak jelennek meg a filmfelület szomszédos területén, mivel ábrán látható 3. Mutasd meg.A 11a. és 11b. ábrán látható módon egyszerre jelennek meg az apró instabil korróziós gödrök.A hőmérséklet emelkedésével az oldatban lévő korrozív ionok aktivitása nő a filmrétegen, és az apró instabil gödrök mélysége növekszik mindaddig, amíg a filmréteget teljesen át nem hatol az átlátszó, amint az a 11c. ábrán látható.Az oldóközeg hőmérsékletének további emelkedésével az oldatban az oldott CO2-tartalom felgyorsul, ami az oldat pH-értékének csökkenéséhez, az SPP felületén lévő legkisebb instabil korróziós gödrök sűrűségének növekedéséhez vezet. , a kezdeti korróziós gödrök mélysége kitágul és mélyül, és a passziváló film a minta felületén A vastagság csökkenésével a passziváló film hajlamosabbá válik a lyukvá válásra, amint az a 11d. ábrán látható.Az elektrokémiai eredmények emellett megerősítették, hogy a hőmérséklet változása bizonyos hatással van a film integritására és sűrűségére.Látható tehát, hogy a magas Cl-koncentrációt tartalmazó CO2-vel telített oldatok korróziója jelentősen eltér az alacsony Cl-67,68 koncentrációjú oldatok korróziójától.
Korróziós eljárás 2205 DSS egy új film képződésével és megsemmisítésével.a) 1. folyamat, b) 2. folyamat, c) 3. folyamat, d) 4. folyamat.
A 2205 DSS átlagos kritikus pontozási hőmérséklete 100 g/l Cl–-t és telített CO2-t tartalmazó szimulált oldatban 66,9 ℃, a maximális lyukasztási mélység pedig 12,9 µm, ami csökkenti a 2205 DSS korrózióállóságát és növeli a lyukképződés érzékenységét.hőmérséklet emelkedés.
Feladás időpontja: 2023.02.16