Tak fordi du besøgte Nature.com.Du bruger en browserversion med begrænset CSS-understøttelse.For den bedste oplevelse anbefaler vi, at du bruger en opdateret browser (eller deaktiverer kompatibilitetstilstand i Internet Explorer).For at sikre løbende support viser vi desuden siden uden styles og JavaScript.
Viser en karrusel med tre dias på én gang.Brug knapperne Forrige og Næste til at flytte gennem tre dias ad gangen, eller brug skyderknapperne i slutningen til at flytte gennem tre dias ad gangen.
Duplex 2205 rustfrit stål (DSS) har god korrosionsbestandighed på grund af sin typiske duplex-struktur, men det stadig mere barske CO2-holdige olie- og gasmiljø resulterer i varierende grader af korrosion, især grubetæring, som alvorligt truer sikkerheden og pålideligheden af olie og naturgas. gasapplikationer.gasudvikling.I dette arbejde anvendes en immersionstest og en elektrokemisk test i kombination med laserkonfokalmikroskopi og røntgenfotoelektronspektroskopi.Resultaterne viste, at den gennemsnitlige kritiske temperatur for pitting 2205 DSS var 66,9 °C.Når temperaturen er højere end 66,9 ℃, reduceres pitting-nedbrydningspotentialet, passiveringsintervallet og selvkorrosionspotentialet, størrelsespassiveringsstrømtætheden øges, og pitting-følsomheden øges.Med en yderligere temperaturstigning falder radius af den kapacitive bue 2205 DSS, overflademodstanden og ladningsoverførselsmodstanden falder gradvist, og tætheden af donor- og acceptorbærere i produktets filmlag med n + p-bipolære karakteristika også stiger, indholdet af Cr-oxider i filmens inderste lag falder, øger indholdet af Fe-oxider i det ydre lag, opløsningen af filmlaget øges, stabiliteten falder, antallet af gruber og porestørrelsen øges.
I forbindelse med hurtig økonomisk og social udvikling og sociale fremskridt fortsætter efterspørgslen efter olie- og gasressourcer med at vokse, hvilket tvinger olie- og gasudviklingen til gradvist at flytte til de sydvestlige og offshore-områder med mere alvorlige forhold og miljø, så driftsbetingelserne for borehulsrør bliver mere og mere alvorlige..Forringelse 1,2,3.Inden for olie- og gasefterforskning, når stigningen i CO2 4 og saltholdighed og klorindhold 5, 6 i den producerede væske, er almindelige 7-kulstofstålrør udsat for alvorlig korrosion, selvom der pumpes korrosionsinhibitorer ind i rørstrengen. korrosion kan ikke effektivt undertrykkes stål kan ikke længere opfylde kravene til langvarig drift i barske korrosive CO28,9,10 miljøer.Forskerne henvendte sig til duplex rustfrit stål (DSS) med bedre korrosionsbestandighed.2205 DSS, indholdet af ferrit og austenit i stålet er omkring 50%, har fremragende mekaniske egenskaber og korrosionsbestandighed, overfladepassiveringsfilmen er tæt, har fremragende ensartet korrosionsbestandighed, prisen er lavere end for nikkel-baserede legeringer 11 , 12. Således er 2205 DSS almindeligt anvendt som trykbeholder i ætsende miljø, oliebrøndshus i ætsende CO2-miljø, vandkøler til kondenseringssystem i offshore olie- og kemikaliefelter 13, 14, 15, men 2205 DSS kan også have ætsende perforering i brug.
På nuværende tidspunkt er der udført mange undersøgelser af CO2- og Cl-grubetæring 2205 DSS i ind- og udland [16,17,18].Ebrahimi19 fandt ud af, at tilsætning af et kaliumdichromatsalt til en NaCl-opløsning kan hæmme 2205 DSS-pitting, og at øge koncentrationen af kaliumdichromat øger den kritiske temperatur for 2205 DSS-gruber.Imidlertid stiger pitpotentialet for 2205 DSS på grund af tilsætning af en vis koncentration af NaCl til kaliumdichromat og falder med stigende NaCl-koncentration.Han20 viser, at ved 30 til 120°C er strukturen af 2205 DSS passiverende film en blanding af Cr2O3 indre lag, FeO ydre lag og rig Cr;når temperaturen stiger til 150 °C, opløses passiveringsfilmen., ændres den indre struktur til Cr2O3 og Cr(OH)3, og det ydre lag ændres til Fe(II,III)oxid og Fe(III)hydroxid.Peguet21 fandt ud af, at stationær grubetæring af S2205 rustfrit stål i NaCl-opløsning normalt ikke forekommer under den kritiske pittemperatur (CPT), men i transformationstemperaturområdet (TTI).Thiadi22 konkluderede, at efterhånden som koncentrationen af NaCl stiger, falder korrosionsbestandigheden af S2205 DSS signifikant, og jo mere negativt det påførte potentiale er, jo dårligere er materialets korrosionsbestandighed.
I denne artikel blev dynamisk potentialescanning, impedansspektroskopi, konstant potentiale, Mott-Schottky-kurve og optisk elektronmikroskopi brugt til at studere effekten af høj saltholdighed, høj Cl-koncentration og temperatur på korrosionsadfærden af 2205 DSS.og fotoelektronspektroskopi, som giver det teoretiske grundlag for sikker drift af 2205 DSS i olie- og gasmiljøer indeholdende CO2.
Testmaterialet er valgt fra opløsningsbehandlet stål 2205 DSS (stålkvalitet 110ksi), og den vigtigste kemiske sammensætning er vist i tabel 1.
Størrelsen af den elektrokemiske prøve er 10 mm × 10 mm × 5 mm, den renses med acetone for at fjerne olie og absolut ethanol og tørres.Bagsiden af prøvestykket er loddet for at forbinde den passende længde af kobbertråd.Efter svejsning skal du bruge et multimeter (VC9801A) til at kontrollere den elektriske ledningsevne af det svejsede prøvestykke, og derefter forsegle den ikke-fungerende overflade med epoxy.Brug 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# siliciumcarbid vandslibepapir til at polere arbejdsfladen på polermaskinen med 0,25um polermiddel indtil overfladens ruhed Ra≤1,6um, og til sidst rengør og sæt termostaten i. .
En Priston (P4000A) elektrokemisk arbejdsstation med et tre-elektrodesystem blev brugt.En platinelektrode (Pt) med et areal på 1 cm2 tjente som hjælpeelektrode, en DSS 2205 (med et areal på 1 cm2) blev brugt som arbejdselektrode, og en referenceelektrode (Ag/AgCl) var Brugt.Modelopløsningen anvendt i testen blev fremstillet ifølge (tabel 2).Før testen blev en N2-opløsning med høj renhed (99,99%) passeret i 1 time, og derefter blev CO2 passeret i 30 minutter for at deoxygenere opløsningen., og CO2 i opløsningen var altid i en tilstand af mætning.
Anbring først prøven i tanken, der indeholder testopløsningen, og anbring den i et vandbad med konstant temperatur.Den indledende indstillede temperatur er 2°C, og temperaturstigningen styres med en hastighed på 1°C/min, og temperaturområdet styres.ved 2-80°C.Celsius.Testen starter ved et konstant potentiale (-0,6142 Vs.Ag/AgCl), og testkurven er en It-kurve.I henhold til teststandarden for kritisk pittingtemperatur kan It-kurven kendes.Den temperatur, hvor strømtætheden stiger til 100 μA/cm2, kaldes den kritiske grubetemperatur.Den gennemsnitlige kritiske temperatur for pitting er 66,9 °C.Testtemperaturerne for polarisationskurven og impedansspektret blev valgt til at være henholdsvis 30°C, 45°C, 60°C og 75°C, og testen blev gentaget tre gange under de samme prøvebetingelser for at reducere mulige afvigelser.
En metalprøve udsat for opløsningen blev først polariseret ved et katodepotentiale (-1,3 V) i 5 minutter før testning af den potentiodynamiske polarisationskurve for at eliminere oxidfilmen dannet på prøvens arbejdsflade og derefter ved et åbent kredsløbspotentiale på 1 time, indtil korrosionsspændingen ikke er etableret.Scanningshastigheden af den dynamiske potentialpolarisationskurve blev sat til 0,333 mV/s, og scanningsintervalpotentialet blev sat til -0,3~1,2V vs. OCP.For at sikre testens nøjagtighed blev de samme testbetingelser gentaget 3 gange.
Impedansspektrumtestsoftware – Versa Studio.Testen blev først udført ved et konstant åbent kredsløbspotentiale, amplituden af vekselforstyrrelsesspændingen blev sat til 10 mV, og målefrekvensen blev sat til 10–2–105 Hz.spektrumdata efter test.
Aktuel tidskurvetestproces: vælg forskellige passiveringspotentialer i henhold til resultaterne af den anodiske polarisationskurve, mål It-kurven ved konstant potentiale, og tilpas den dobbelte logaritmekurve for at beregne hældningen af den tilpassede kurve til filmanalyse.mekanismen for dannelsen af den passiverende film.
Udfør en Mott-Schottky-kurvetest, når tomgangsspændingen har stabiliseret sig.Testpotentiale scanningsområde 1,0~-1,0V (vS.Ag/AgCl), scanningshastighed 20mV/s, testfrekvens indstillet til 1000Hz, excitationssignal 5mV.
Brug røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) (ESCALAB 250Xi, UK) til at forstøvningsteste sammensætningen og den kemiske tilstand af overfladepassiveringsfilmen efter 2205 DSS-filmdannelse og udføre målingsdata peak-fit-behandling ved brug af overlegen software.sammenlignet med databaser over atomspektre og relateret litteratur23 og kalibreret ved hjælp af C1s (284,8 eV).Morfologien af korrosion og dybden af gruber på prøverne blev karakteriseret ved hjælp af et ultra-dybt optisk digitalt mikroskop (Zeiss Smart Zoom5, Tyskland).
Prøven blev testet ved det samme potentiale (-0,6142 V rel. Ag/AgCl) ved konstant potentialmetoden, og korrosionsstrømkurven blev registreret med tiden.Ifølge CPT-teststandarden stiger polarisationsstrømtætheden gradvist med stigende temperatur.1 viser den kritiske pittemperatur på 2205 DSS i en simuleret opløsning indeholdende 100 g/L Cl– og mættet CO2.Det kan ses, at ved en lav temperatur af opløsningen ændres strømtætheden praktisk talt ikke med stigende testtid.Og når opløsningens temperatur steg til en vis værdi, steg strømtætheden hurtigt, hvilket indikerer, at opløsningshastigheden af den passiverende film steg med stigningen i opløsningens temperatur.Når temperaturen af den faste opløsning øges fra 2°C til ca. 67°C, stiger polarisationsstrømtætheden på 2205DSS til 100µA/cm2, og den gennemsnitlige kritiske pittemperatur på 2205DSS er 66,9°C, hvilket er ca. 16,6°C højere end 2205DSS.standard 3,5 vægt.% NaCI (0,7 V)26.Den kritiske pittemperatur afhænger af det påførte potentiale på måletidspunktet: jo lavere det påførte potentiale er, jo højere er den målte kritiske pittemperatur.
Pitting kritisk temperaturkurve af 2205 duplex rustfrit stål i en simuleret opløsning indeholdende 100 g/L Cl– og mættet CO2.
På fig.2 viser vekselstrømsimpedansplot af 2205 DSS i simulerede opløsninger indeholdende 100 g/L Cl- og mættet CO2 ved forskellige temperaturer.Det kan ses, at Nyquist-diagrammet for 2205DSS ved forskellige temperaturer består af højfrekvente, mellemfrekvente og lavfrekvente modstands-kapacitansbuer, og modstands-kapacitansbuerne er ikke halvcirkulære.Radius af den kapacitive bue afspejler modstandsværdien af den passiverende film og værdien af ladningsoverførselsmodstanden under elektrodereaktionen.Det er generelt accepteret, at jo større radius af den kapacitive bue er, desto bedre er korrosionsbestandigheden af metalsubstratet i opløsning27.Ved en opløsningstemperatur på 30 °C er radius af den kapacitive bue på Nyquist-diagrammet og fasevinklen på diagrammet af impedansmodulet |Z|Bode er den højeste og 2205 DSS korrosion er den laveste.Når opløsningstemperaturen stiger, vil |Z|impedansmodul, bueradius og opløsningsmodstand falder, desuden falder fasevinklen også fra 79 Ω til 58 Ω i mellemfrekvensområdet, hvilket viser en bred top og et tæt indre lag og et sparsomt (porøst) ydre lag er de vigtigste træk ved en inhomogen passiv film28.Når temperaturen stiger, opløses den passiverende film, der dannes på overfladen af metalsubstratet, og revner, hvilket svækker substratets beskyttende egenskaber og forringer materialets korrosionsbestandighed29.
Ved at bruge ZSimDeme-softwaren til at tilpasse impedansspektrumdataene, er det tilpassede ækvivalente kredsløb vist i fig. 330, hvor Rs er den simulerede opløsningsmodstand, Q1 er filmkapacitansen, Rf er modstanden af den genererede passiveringsfilm, Q2 er den dobbelte lagkapacitans, og Rct er ladningsoverførselsmodstanden.Fra resultaterne af tilpasning i tabel.3 viser, at når temperaturen af den simulerede opløsning stiger, falder værdien af n1 fra 0,841 til 0,769, hvilket indikerer en stigning i afstanden mellem de to-lags kondensatorer og et fald i tætheden.Ladningsoverførselsmodstanden Rct faldt gradvist fra 2,958×1014 til 2,541×103 Ω cm2, hvilket indikerede et gradvist fald i materialets korrosionsmodstand.Modstanden af opløsningen Rs faldt fra 2,953 til 2,469 Ω cm2, og kapacitansen Q2 af den passiverende film faldt fra 5,430 10-4 til 1,147 10-3 Ω cm2, opløsningens ledningsevne steg, stabiliteten af den passiverende film faldt , og opløsningen Cl-, SO42- osv.) i mediet stiger, hvilket accelererer ødelæggelsen af den passiverende film31.Dette fører til et fald i filmmodstanden Rf (fra 4662 til 849 Ω cm2) og et fald i polarisationsmodstanden Rp (Rct+Rf) dannet på overfladen af det duplex rustfri stål.
Derfor påvirker opløsningens temperatur korrosionsbestandigheden af DSS 2205. Ved en lav temperatur af opløsningen sker der en reaktionsproces mellem katoden og anoden i nærvær af Fe2+, hvilket bidrager til hurtig opløsning og korrosion af anode, såvel som passivering af filmen dannet på overfladen, mere fuldstændig og højere densitet, større modstand ladningsoverførsel mellem opløsninger, sænker opløsningen af metalmatrixen og udviser bedre korrosionsbestandighed.Når opløsningens temperatur stiger, falder modstanden mod ladningsoverførsel Rct, reaktionshastigheden mellem ioner i opløsningen accelererer, og diffusionshastigheden af aggressive ioner accelererer, således at de indledende korrosionsprodukter igen dannes på overfladen af opløsningen. substratet fra overfladen af metalsubstratet.En tyndere passiverende film svækker underlagets beskyttende egenskaber.
På fig.Figur 4 viser de dynamiske potentielle polarisationskurver for 2205 DSS i simulerede opløsninger indeholdende 100 g/L Cl- og mættet CO2 ved forskellige temperaturer.Det kan ses af figuren, at når potentialet er i området fra -0,4 til 0,9 V, har anodekurverne ved forskellige temperaturer tydelige passiveringsområder, og selvkorrosionspotentialet er omkring -0,7 til -0,5 V. tæthed øger strømmen op til 100 μA/cm233 anodekurven kaldes normalt for pitpotentialet (Eb eller Etra).Når temperaturen stiger, falder passiveringsintervallet, selvkorrosionspotentialet falder, korrosionsstrømtætheden har en tendens til at stige, og polarisationskurven skifter ned til højre, hvilket indikerer, at filmen dannet af DSS 2205 i den simulerede løsning har aktiv aktivitet.indhold på 100 g/l Cl– og mættet CO2, øger følsomheden over for grubetæring, beskadiges let af aggressive ioner, hvilket fører til øget korrosion af metalmatricen og et fald i korrosionsbestandighed.
Det kan ses af tabel 4, at når temperaturen stiger fra 30°C til 45°C, falder det tilsvarende overpassiveringspotentiale lidt, men passiveringsstrømtætheden af den tilsvarende størrelse øges betydeligt, hvilket indikerer, at beskyttelsen af den passiverende film under disse forholdene stiger med stigende temperatur.Når temperaturen når 60°C, falder det tilsvarende pitpotentiale betydeligt, og denne tendens bliver mere tydelig, når temperaturen stiger.Det skal bemærkes, at ved 75°C vises en signifikant transient strømspids på figuren, hvilket indikerer tilstedeværelsen af metastabil grubetæring på prøveoverfladen.
Derfor, med en stigning i opløsningens temperatur, falder mængden af oxygen opløst i opløsningen, pH-værdien af filmoverfladen falder, og stabiliteten af den passiverende film falder.Desuden, jo højere temperatur opløsningen er, desto højere er aktiviteten af aggressive ioner i opløsningen og jo højere skadeshastighed på overfladefilmlaget af substratet.Oxider dannet i filmlaget falder let af og reagerer med kationer i filmlaget for at danne opløselige forbindelser, hvilket øger sandsynligheden for grubetæring.Da det regenererede filmlag er relativt løst, er den beskyttende effekt på substratet lav, hvilket øger korrosionen af metalsubstratet.Resultaterne af den dynamiske polariseringspotentialetest stemmer overens med resultaterne af impedansspektroskopi.
På fig.Figur 5a viser It-kurver for 2205 DSS i en modelopløsning indeholdende 100 g/L Cl– og mættet CO2.Passiveringsstrømtætheden som funktion af tiden blev opnået efter polarisering ved forskellige temperaturer i 1 time ved et potentiale på -300 mV (i forhold til Ag/AgCl).Det kan ses, at passiveringsstrømtætheden for 2205 DSS ved samme potentiale og forskellige temperaturer grundlæggende er den samme, og tendensen aftager gradvist med tiden og har en tendens til at være jævn.Efterhånden som temperaturen gradvist steg, steg passiveringsstrømtætheden på 2205 DSS, hvilket var i overensstemmelse med resultaterne af polarisering, hvilket også indikerede, at filmlagets beskyttende egenskaber på metalsubstratet faldt med stigende opløsningstemperatur.
Potentiostatiske polarisationskurver på 2205 DSS ved samme filmdannelsespotentiale og forskellige temperaturer.(a) Strømtæthed versus tid, (b) Passiv filmvækstlogaritme.
Undersøg forholdet mellem passiveringsstrømtæthed og tid ved forskellige temperaturer for det samme filmdannelsespotentiale, som vist i (1)34:
Hvor i er passiveringsstrømtætheden ved filmdannelsespotentialet, A/cm2.A er arealet af arbejdselektroden, cm2.K er hældningen af den kurve, der er monteret på den.t gang, s
På fig.5b viser logI- og logt-kurver for 2205 DSS ved forskellige temperaturer ved det samme filmdannelsespotentiale.Ifølge litteraturdata35, når linjen hælder K = -1, er filmlaget dannet på overfladen af substratet tættere og har bedre korrosionsbestandighed over for metalsubstratet.Og når den lige linje hælder K = -0,5, er filmlaget dannet på overfladen løst, indeholder mange små huller og har dårlig korrosionsbestandighed over for metalsubstratet.Det kan ses, at ved 30°C, 45°C, 60°C og 75°C ændres filmlagets struktur fra tætte porer til løse porer i overensstemmelse med den valgte lineære hældning.Ifølge Point Defect Model (PDM)36,37 kan det ses, at det påførte potentiale under testen ikke påvirker strømtætheden, hvilket indikerer, at temperaturen direkte påvirker målingen af anodestrømtætheden under testen, så den nuværende stiger med stigende temperatur.opløsning, og tætheden af 2205 DSS stiger, og korrosionsbestandigheden falder.
Halvlederegenskaberne af det tynde filmlag dannet på DSS påvirker dets korrosionsbestandighed38, halvledertypen og det tynde filmlags bærertæthed påvirker revnedannelsen og hullerne i tyndfilmlaget DSS39,40, hvor kapacitansen C og E for det potentielle tynde filmlag opfylder relationen MS, rumladningen af halvlederen beregnes på følgende måde:
I formlen er ε permittiviteten af den passiverende film ved stuetemperatur, lig med 1230, ε0 er vakuumpermittiviteten, lig med 8,85 × 10-14 F/cm, E er den sekundære ladning (1,602 × 10-19 C) ;ND er tætheden af n-type halvlederdonorer, cm–3, NA er acceptordensiteten af p-type halvleder, cm–3, EFB er fladbåndspotentialet, V, K er Boltzmanns konstant, 1,38 × 10–3 .23 J/K, T – temperatur, K.
Hældningen og skæringen af den tilpassede linje kan beregnes ved at tilpasse en lineær adskillelse til den målte MS-kurve, anvendt koncentration (ND), accepteret koncentration (NA) og fladbåndspotentiale (Efb)42.
På fig.6 viser Mott-Schottky-kurven af overfladelaget af en 2205 DSS-film dannet i en simuleret opløsning indeholdende 100 g/l Cl- og mættet med CO2 ved et potentiale (-300 mV) i 1 time.Det kan ses, at alle tyndfilmslag dannet ved forskellige temperaturer har karakteristika af n+p-type bipolære halvledere.n-type halvlederen har opløsningsanionselektivitet, som kan forhindre rustfri stålkationer i at diffundere ind i opløsningen gennem passiveringsfilmen, mens p-type halvlederen har kationselektivitet, som kan forhindre de korrosive anioner i opløsningen i at passiveringskrydsning. ud på overfladen af substratet 26.Det kan også ses, at der er en jævn overgang mellem de to tilpasningskurver, filmen er i en fladbåndstilstand, og fladbåndspotentialet Efb kan bruges til at bestemme positionen af energibåndet af en halvleder og evaluere dens elektrokemiske stabilitet43..
Ifølge MC-kurvetilpasningsresultaterne vist i tabel 5 blev den udgående koncentration (ND) og den modtagende koncentration (NA) og fladbåndspotentialet Efb 44 i samme størrelsesorden beregnet.Tætheden af den påførte bærerstrøm karakteriserer hovedsageligt punktdefekter i rumladningslaget og pitpotentialet af den passiverende film.Jo højere koncentrationen af den påførte bærer er, jo lettere knækker filmlaget og jo højere er sandsynligheden for substratkorrosion45.Derudover, med en gradvis stigning i opløsningens temperatur, steg ND-emitterkoncentrationen i filmlaget fra 5,273×1020 cm-3 til 1,772×1022 cm-3, og NA-værtskoncentrationen steg fra 4,972×1021 til 4,592 ×1023.cm – som vist i fig.3, stiger fladbåndspotentialet fra 0,021 V til 0,753 V, antallet af bærere i opløsningen øges, reaktionen mellem ioner i opløsningen intensiveres, og filmlagets stabilitet falder.Efterhånden som opløsningens temperatur stiger, jo mindre den absolutte værdi af hældningen af den tilnærmende linje er, jo større er tætheden af bærere i opløsningen, jo højere er diffusionshastigheden mellem ioner, og jo større er antallet af ion-tomrum på overfladen af filmlaget., hvorved metalsubstratet, stabiliteten og korrosionsbestandigheden reduceres 46,47.
Den kemiske sammensætning af filmen har en betydelig effekt på stabiliteten af metalkationer og ydeevnen af halvledere, og ændringen i temperatur har en vigtig effekt på dannelsen af en rustfri stålfilm.På fig.Figur 7 viser det fulde XPS-spektrum af overfladelaget af en 2205 DSS-film i en simuleret opløsning indeholdende 100 g/L Cl– og mættet CO2.Hovedelementerne i film dannet af chips ved forskellige temperaturer er grundlæggende de samme, og filmenes hovedkomponenter er Fe, Cr, Ni, Mo, O, N og C. Derfor er filmlagets hovedkomponenter Fe. , Cr, Ni, Mo, O, N og C. Beholder med Cr-oxider, Fe-oxider og -hydroxider og en lille mængde Ni- og Mo-oxider.
Fuld XPS 2205 DSS-spektre taget ved forskellige temperaturer.(a) 30°С, (b) 45°С, (c) 60°С, (d) 75°С.
Filmens hovedsammensætning er relateret til de termodynamiske egenskaber af forbindelserne i den passiverende film.Ifølge bindingsenergien af hovedelementerne i filmlaget, angivet i tabel.6, kan det ses, at de karakteristiske spektrale toppe af Cr2p3/2 er opdelt i metal Cr0 (573,7 ± 0,2 eV), Cr2O3 (574,5 ± 0,3 eV) og Cr(OH)3 (575,4 ± 0, 1 eV) som vist i figur 8a, hvor oxidet dannet af Cr-elementet er hovedkomponenten i filmen, som spiller en vigtig rolle i filmens korrosionsbestandighed og dens elektrokemiske ydeevne.Den relative topintensitet af Cr2O3 i filmlaget er højere end den for Cr(OH)3.Men efterhånden som temperaturen i den faste opløsning stiger, svækkes den relative top af Cr2O3 gradvist, mens den relative top af Cr(OH)3 gradvist stiger, hvilket indikerer den åbenlyse transformation af hoved-Cr3+ i filmlaget fra Cr2O3 til Cr(OH) 3, og opløsningens temperatur stiger.
Bindingsenergien af toppene af det karakteristiske spektrum af Fe2p3/2 består hovedsageligt af fire toppe af den metalliske tilstand Fe0 (706,4 ± 0,2 eV), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 eV), FeO (709,5 ± 0,1 eV) og Fe3OOH (71) eV) ± 0,3 eV), som vist i fig. 8b, er Fe hovedsageligt til stede i den dannede film i form af Fe2+ og Fe3+.Fe2+ fra FeO dominerer Fe(II) ved lavere bindingsenergitoppe, mens Fe3O4 og Fe(III) FeOOH-forbindelser dominerer ved højere bindingsenergitoppe48,49.Den relative intensitet af Fe3+-toppen er højere end Fe2+-toppen, men den relative intensitet af Fe3+-toppen falder med stigende opløsningstemperatur, og den relative intensitet af Fe2+-toppen stiger, hvilket indikerer en ændring i hovedstoffet i filmlaget fra Fe3+ til Fe2+ for at øge opløsningens temperatur.
De karakteristiske spektrale toppe af Mo3d5/2 består hovedsageligt af to toppositioner Mo3d5/2 og Mo3d3/243.50, mens Mo3d5/2 omfatter metallisk Mo (227.5 ± 0.3 eV), Mo4+ (228.9 ± 0.2 eV) og Mo6+ (±29. ), mens Mo3d3/2 også indeholder metallisk Mo (230,4 ± 0,1 eV), Mo4+ (231,5 ± 0,2 eV) og Mo6+ (232, 8 ± 0,1 eV) som vist i figur 8c, så Mo-elementerne eksisterer i de over tre valenser filmlagets tilstand.Bindingsenergierne af de karakteristiske spektraltoppe af Ni2p3/2 består af Ni0 (852,4 ± 0,2 eV) og NiO (854,1 ± 0,2 eV), som vist i henholdsvis fig. 8g.Den karakteristiske N1s-top består af N (399,6 ± 0,3 eV), som vist i fig. 8d.Karakteristiske O1s-toppe omfatter O2- (529,7 ± 0,2 eV), OH- (531,2 ± 0,2 eV) og H2O (531,8 ± 0,3 eV), som vist i fig. Filmlagets hovedkomponenter er (OH- og O2 -). , som hovedsageligt anvendes til oxidation eller hydrogenoxidation af Cr og Fe i filmlaget.Den relative topintensitet af OH- steg signifikant, da temperaturen steg fra 30°C til 75°C.Derfor ændres hovedmaterialesammensætningen af O2- i filmlaget med en temperaturstigning fra O2- til OH- og O2-.
På fig.Figur 9 viser den mikroskopiske overflademorfologi af prøve 2205 DSS efter dynamisk potentialpolarisering i en modelopløsning indeholdende 100 g/L Cl- og mættet CO2.Det kan ses, at der på overfladen af prøverne polariseret ved forskellige temperaturer er der korrosionshuller af varierende grad, dette sker i en opløsning af aggressive ioner, og med en stigning i opløsningens temperatur opstår der mere alvorlig korrosion på overfladen af prøverne.substrat.Antallet af gruber pr. arealenhed og dybden af korrosionscentre øges.
Korrosionskurver af 2205 DSS i modelopløsninger indeholdende 100 g/l Cl– og mættet CO2 ved forskellige temperaturer (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c .
Derfor vil en temperaturstigning øge aktiviteten af hver komponent i DSS'en, samt øge aktiviteten af aggressive ioner i et aggressivt miljø, hvilket forårsager en vis grad af skade på prøveoverfladen, hvilket vil øge pitting-aktiviteten., og dannelsen af korrosionshuller vil stige.Hastigheden af produktdannelse vil stige, og materialets korrosionsbestandighed vil falde51,52,53,54,55.
På fig.10 viser morfologien og pittingdybden af en 2205 DSS-prøve polariseret med et optisk digitalt mikroskop med ultrahøj dybdeskarphed.Fra fig.10a viser, at mindre korrosionshuller også optrådte omkring store fordybninger, hvilket indikerer, at den passiverende film på prøveoverfladen blev delvist ødelagt med dannelsen af korrosionshuller ved en given strømtæthed, og den maksimale pittingdybde var 12,9 µm.som vist i figur 10b.
DSS viser bedre korrosionsbestandighed, hovedårsagen er, at filmen dannet på overfladen af stålet er godt beskyttet i opløsning, Mott-Schottky, ifølge ovenstående XPS-resultater og relateret litteratur 13,56,57,58, filmen hovedsageligt passerer gennem følgende Dette er processen med oxidation af Fe og Cr.
Fe2+ opløses og udfældes let ved grænsefladen 53 mellem filmen og opløsningen, og den katodiske reaktionsproces er som følger:
I korroderet tilstand dannes en to-lags strukturfilm, som hovedsageligt består af et indre lag af jern- og kromoxider og et ydre hydroxidlag, og ioner vokser normalt i filmens porer.Den kemiske sammensætning af den passiverende film er relateret til dens halvlederegenskaber, som det fremgår af Mott-Schottky-kurven, hvilket indikerer, at sammensætningen af den passiverende film er n+p-type og har bipolære karakteristika.XPS-resultaterne viser, at det ydre lag af den passiverende film hovedsageligt er sammensat af Fe-oxider og hydroxider, der udviser n-type halvlederegenskaber, og det indre lag består hovedsageligt af Cr-oxider og hydroxider, der udviser p-type halvlederegenskaber.
2205 DSS har høj resistivitet på grund af dets høje Cr17.54-indhold og udviser varierende grader af pitting på grund af mikroskopisk galvanisk korrosion55 mellem dupleksstrukturer.Grubetæring er en af de mest almindelige typer af korrosion i DSS, og temperaturen er en af de vigtige faktorer, der påvirker opførselen af grubetæring og har en indvirkning på de termodynamiske og kinetiske processer af DSS-reaktionen60,61.Typisk, i en simuleret opløsning med en høj koncentration af Cl– og mættet CO2, påvirker temperaturen også dannelsen af grubetæring og initiering af revner under spændingskorrosionsrevner under spændingskorrosionsrevnen, og den kritiske temperatur for grubetæring bestemmes for at evaluere korrosionsbestandigheden.DSS.Materialet, som afspejler metalmatrixens følsomhed over for temperatur, bruges almindeligvis som en vigtig reference i materialevalg i tekniske applikationer.Den gennemsnitlige kritiske pittingtemperatur på 2205 DSS i den simulerede opløsning er 66,9°C, hvilket er 25,6°C højere end Super 13Cr rustfrit stål med 3,5% NaCl, men den maksimale pittingdybde nåede 12,9 µm62.De elektrokemiske resultater bekræftede yderligere, at de vandrette områder af fasevinklen og frekvensen indsnævres med stigende temperatur, og da fasevinklen falder fra 79° til 58°, vil værdien af |Z|falder fra 1,26×104 til 1,58×103 Ω cm2.ladningsoverførselsmodstand Rct faldt fra 2,958 1014 til 2,541 103 Ω cm2, opløsningsmodstand Rs faldt fra 2,953 til 2,469 Ω cm2, filmmodstand Rf faldt fra 5,430 10-4 cm2 til 1,147 10-3 cm2.Konduktiviteten af den aggressive opløsning øges, stabiliteten af metalmatrixfilmlaget falder, det opløses og revner let.Selvkorrosionsstrømtætheden steg fra 1.482 til 2.893×10-6 A cm-2, og selvkorrosionspotentialet faldt fra -0.532 til -0.621V.Det kan ses, at ændringen i temperatur påvirker filmlagets integritet og tæthed.
Tværtimod øger en høj koncentration af Cl- og en mættet opløsning af CO2 gradvist adsorptionskapaciteten af Cl- på overfladen af den passiverende film med stigende temperatur, stabiliteten af passiveringsfilmen bliver ustabil, og den beskyttende effekt på substratet bliver svagere, og modtageligheden for pitting øges.I dette tilfælde øges aktiviteten af ætsende ioner i opløsningen, iltindholdet falder, og overfladefilmen af det korroderede materiale er svær at hurtigt genvinde, hvilket skaber mere gunstige betingelser for yderligere adsorption af ætsende ioner på overfladen.Materialereduktion63.Robinson et al.[64] viste, at med en stigning i opløsningens temperatur accelererer væksthastigheden af gruber, og diffusionshastigheden af ioner i opløsningen øges også.Når temperaturen stiger til 65 °C, sænker opløsningen af oxygen i en opløsning, der indeholder Cl-ioner, den katodiske reaktionsproces, og hastigheden af pitting reduceres.Han20 undersøgte effekten af temperatur på korrosionsadfærden af 2205 duplex rustfrit stål i et CO2-miljø.Resultaterne viste, at en stigning i temperaturen øgede mængden af korrosionsprodukter og arealet af krympehulrum på overfladen af materialet.Tilsvarende, når temperaturen stiger til 150°C, knækker oxidfilmen på overfladen, og tætheden af kratere er den højeste.Lu4 undersøgte effekten af temperatur på korrosionsadfærden af 2205 duplex rustfrit stål fra passivering til aktivering i et geotermisk miljø indeholdende CO2.Deres resultater viser, at ved en testtemperatur under 150 °C har den dannede film en karakteristisk amorf struktur, og den indre grænseflade indeholder et nikkelrigt lag, og ved en temperatur på 300 °C har det resulterende korrosionsprodukt en nanoskalastruktur .-polykrystallinsk FeCr2O4, CrOOH og NiFe2O4.
På fig.11 er et diagram over korrosions- og filmdannelsesprocessen for 2205 DSS.Før brug danner 2205 DSS en passiverende film i atmosfæren.Efter at være nedsænket i et miljø, der simulerer en opløsning indeholdende opløsninger med et højt indhold af Cl- og CO2, omgives dens overflade hurtigt af forskellige aggressive ioner (Cl-, CO32-, etc.).).J. Banas 65 kom til den konklusion, at i et miljø, hvor CO2 samtidig er til stede, vil stabiliteten af den passiverende film på overfladen af materialet falde med tiden, og den dannede kulsyre har en tendens til at øge ledningsevnen af ioner i den passiverende. lag.film og acceleration af opløsning af ioner i en passiverende film.passiverende film.Således er filmlaget på prøveoverfladen i et dynamisk ligevægtsstadium af opløsning og repassivering66, Cl- reducerer hastigheden af dannelsen af overfladefilmlaget, og der opstår små gruber på det tilstødende område af filmoverfladen, som vist i figur 3. Vis.Som vist i figur 11a og b opstår der samtidig små ustabile korrosionshuller.Efterhånden som temperaturen stiger, øges aktiviteten af ætsende ioner i opløsning på filmlaget, og dybden af de små ustabile gruber øges, indtil filmlaget er fuldstændig gennemtrængt af det gennemsigtige, som vist i figur 11c.Med en yderligere stigning i opløsningsmediets temperatur accelererer indholdet af opløst CO2 i opløsningen, hvilket fører til et fald i opløsningens pH-værdi, en stigning i densiteten af de mindste ustabile korrosionsgrave på SPP-overfladen dybden af de indledende korrosionshuller udvides og uddybes, og den passiverende film på prøveoverfladen Efterhånden som tykkelsen falder, bliver passiveringen af filmen mere tilbøjelig til grubetæring som vist i figur 11d.Og de elektrokemiske resultater bekræftede desuden, at ændringen i temperatur har en vis effekt på filmens integritet og tæthed.Det kan således ses, at korrosion i opløsninger mættet med CO2 indeholdende høje koncentrationer af Cl- er væsentligt anderledes end korrosion i opløsninger, der indeholder lave koncentrationer af Cl-67,68.
Korrosionsproces 2205 DSS med dannelse og ødelæggelse af en ny film.(a) Proces 1, (b) Proces 2, (c) Proces 3, (d) Proces 4.
Den gennemsnitlige kritiske pittemperatur på 2205 DSS i en simuleret opløsning indeholdende 100 g/l Cl– og mættet CO2 er 66,9 ℃, og den maksimale pitdybde er 12,9 µm, hvilket reducerer korrosionsbestandigheden på 2205 DSS og øger følsomheden over for grubetæring.temperaturstigning.
Indlægstid: 16. februar 2023