Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com.U gebruikt een browserversie met beperkte CSS-ondersteuning.Voor de beste ervaring raden wij u aan een bijgewerkte browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus in Internet Explorer uit te schakelen).Om voortdurende ondersteuning te garanderen, tonen we de site bovendien zonder stijlen en JavaScript.
Geeft een carrousel van drie dia's tegelijk weer.Gebruik de knoppen Vorige en Volgende om door drie dia's tegelijk te bladeren, of gebruik de schuifknoppen aan het einde om door drie dia's tegelijk te bladeren.
Duplex 2205 roestvrij staal (DSS) heeft een goede corrosieweerstand dankzij de typische duplexstructuur, maar de steeds zwaarder wordende CO2-houdende olie- en gasomgeving resulteert in verschillende graden van corrosie, vooral putcorrosie, wat de veiligheid en betrouwbaarheid van olie en natuurlijke grondstoffen ernstig in gevaar brengt. gas toepassingen.gasontwikkeling.In dit werk worden een immersietest en een elektrochemische test gebruikt in combinatie met laserconfocale microscopie en röntgenfoto-elektronenspectroscopie.Uit de resultaten bleek dat de gemiddelde kritische temperatuur voor het putten van 2205 DSS 66,9 °C bedroeg.Wanneer de temperatuur hoger is dan 66,9 ℃, worden het pitting-doorbraakpotentieel, het passivatie-interval en het zelfcorrosiepotentieel verminderd, wordt de passivatiestroomdichtheid vergroot en wordt de putgevoeligheid verhoogd.Bij een verdere temperatuurstijging neemt de straal van de capacitieve boog 2205 DSS af, nemen de oppervlakteweerstand en de ladingsoverdrachtsweerstand geleidelijk af, en ook de dichtheid van donor- en acceptordragers in de filmlaag van het product met n + p-bipolaire kenmerken neemt toe, het gehalte aan Cr-oxiden in de binnenlaag van de film neemt af, neemt het gehalte aan Fe-oxiden in de buitenlaag toe, het oplossen van de filmlaag neemt toe, de stabiliteit neemt af, het aantal putjes en de poriegrootte nemen toe.
In de context van snelle economische en sociale ontwikkeling en sociale vooruitgang blijft de vraag naar olie- en gasbronnen groeien, waardoor de olie- en gasontwikkeling gedwongen wordt geleidelijk te verschuiven naar de zuidwestelijke en offshore-gebieden met zwaardere omstandigheden en omstandigheden. buizen in het boorgat worden steeds ernstiger..Verslechtering 1,2,3.Op het gebied van olie- en gasexploratie, wanneer de toename van het CO2 4-, zout- en chloorgehalte 5, 6 in de geproduceerde vloeistof, zijn gewone 7 koolstofstalen buizen onderhevig aan ernstige corrosie, zelfs als corrosieremmers in de pijpstreng worden gepompt, corrosie kan niet effectief worden onderdrukt. Staal kan niet langer voldoen aan de eisen van langdurig gebruik in agressieve corrosieve CO28,9,10-omgevingen.De onderzoekers wendden zich tot duplex roestvast staal (DSS) met betere corrosieweerstand.2205 DSS, het gehalte aan ferriet en austeniet in het staal bedraagt ongeveer 50%, heeft uitstekende mechanische eigenschappen en corrosieweerstand, de passivatiefilm op het oppervlak is dicht, heeft een uitstekende uniforme corrosieweerstand, de prijs is lager dan die van legeringen op nikkelbasis 11 12. Zo wordt 2205 DSS vaak gebruikt als drukvat in een corrosieve omgeving, oliebronbehuizing in een corrosieve CO2-omgeving, waterkoeler voor condensatiesysteem in offshore olie- en chemische velden 13, 14, 15, maar 2205 DSS kan ook corrosieve perforaties hebben in dienst.
Momenteel zijn er veel onderzoeken naar CO2- en Cl-pitting-corrosie 2205 DSS uitgevoerd in binnen- en buitenland [16,17,18].Ebrahimi19 ontdekte dat het toevoegen van een kaliumdichromaatzout aan een NaCl-oplossing 2205 DSS-putjes kan remmen, en dat het verhogen van de concentratie kaliumdichromaat de kritische temperatuur van 2205 DSS-putjes verhoogt.Het putpotentiaal van 2205 DSS neemt echter toe als gevolg van de toevoeging van een bepaalde concentratie NaCl aan kaliumdichromaat en neemt af bij toenemende NaCl-concentratie.Han20 laat zien dat bij 30 tot 120°C de structuur van 2205 DSS-passiveringsfilm een mengsel is van Cr2O3-binnenlaag, FeO-buitenlaag en rijk Cr;wanneer de temperatuur stijgt tot 150 °C lost de passivatiefilm op.verandert de interne structuur in Cr2O3 en Cr(OH)3, en de buitenste laag verandert in Fe(II,III)oxide en Fe(III)hydroxide.Peguet (21) ontdekte dat stationaire putcorrosie van S2205 roestvrij staal in een NaCl-oplossing gewoonlijk niet optreedt onder de kritische puttemperatuur (CPT), maar binnen het transformatietemperatuurbereik (TTI).Thiadi22 concludeerde dat naarmate de concentratie NaCl toeneemt, de corrosieweerstand van S2205 DSS aanzienlijk afneemt, en hoe negatiever de toegepaste potentiaal, hoe slechter de corrosieweerstand van het materiaal.
In dit artikel werden dynamische potentiaalscanning, impedantiespectroscopie, constante potentiaal, Mott-Schottky-curve en optische elektronenmicroscopie gebruikt om het effect van een hoog zoutgehalte, hoge Cl-concentratie en temperatuur op het corrosiegedrag van 2205 DSS te bestuderen.en foto-elektronenspectroscopie, die de theoretische basis vormt voor de veilige werking van de 2205 DSS in olie- en gasomgevingen die CO2 bevatten.
Het testmateriaal is geselecteerd uit oplossingsbehandeld staal 2205 DSS (staalkwaliteit 110ksi) en de belangrijkste chemische samenstelling wordt weergegeven in Tabel 1.
De grootte van het elektrochemische monster is 10 mm x 10 mm x 5 mm, het wordt gereinigd met aceton om olie en absolute ethanol te verwijderen en gedroogd.De achterkant van het proefstuk wordt gesoldeerd om de juiste lengte koperdraad aan te sluiten.Gebruik na het lassen een multimeter (VC9801A) om de elektrische geleidbaarheid van het gelaste proefstuk te controleren en sluit vervolgens het niet-werkende oppervlak af met epoxy.Gebruik 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# siliciumcarbide waterschuurpapier om het werkoppervlak op de polijstmachine te polijsten met 0,25um polijstmiddel tot de oppervlakteruwheid Ra≤1,6um, en ten slotte schoon te maken en in de thermostaat te plaatsen .
Er werd gebruik gemaakt van een Priston (P4000A) elektrochemisch werkstation met een systeem met drie elektroden.Als hulpelektrode diende een platina-elektrode (Pt) met een oppervlakte van 1 cm2, als werkelektrode werd een DSS 2205 (met een oppervlakte van 1 cm2) gebruikt en er werd een referentie-elektrode (Ag/AgCl) gebruikt. gebruikt.De modeloplossing die in de test werd gebruikt, werd bereid volgens (Tabel 2).Vóór de test werd een zeer zuivere N2-oplossing (99,99%) gedurende 1 uur doorgelaten, en vervolgens werd CO2 gedurende 30 minuten doorgelaten om de oplossing te deoxygeneren., en CO2 in de oplossing bevond zich altijd in een verzadigingstoestand.
Plaats eerst het monster in de tank met de testoplossing en plaats het in een waterbad met constante temperatuur.De initiële insteltemperatuur is 2°C, en de temperatuurstijging wordt geregeld met een snelheid van 1°C/min, en het temperatuurbereik wordt geregeld.bij 2-80°C.Celsius.De test begint bij een constante potentiaal (-0,6142 Vs.Ag/AgCl) en de testcurve is een It-curve.Volgens de kritische puttemperatuurtestnorm kan de It-curve bekend zijn.De temperatuur waarbij de stroomdichtheid stijgt tot 100 μA/cm2 wordt de kritische puttemperatuur genoemd.De gemiddelde kritische temperatuur voor putcorrosie bedraagt 66,9 °C.De testtemperaturen voor de polarisatiecurve en het impedantiespectrum werden respectievelijk gekozen op 30°C, 45°C, 60°C en 75°C, en de test werd drie keer herhaald onder dezelfde monsteromstandigheden om mogelijke afwijkingen te verminderen.
Een metaalmonster dat aan de oplossing werd blootgesteld, werd eerst gedurende 5 minuten gepolariseerd bij een kathodepotentiaal (-1,3 V) voordat de potentiodynamische polarisatiecurve werd getest om de oxidefilm te elimineren die op het werkoppervlak van het monster was gevormd, en vervolgens bij een open circuitpotentiaal van 1 uur totdat de corrosiespanning niet meer wordt bereikt.De scansnelheid van de dynamische potentiële polarisatiecurve was ingesteld op 0,333 mV/s, en het scanintervalpotentieel was ingesteld op -0,3 ~ 1,2 V versus OCP.Om de nauwkeurigheid van de test te garanderen, werden dezelfde testomstandigheden driemaal herhaald.
Software voor het testen van impedantiespectrum – Versa Studio.De test werd eerst uitgevoerd bij een stabiel nullastpotentiaal, de amplitude van de wisselstoringsspanning werd ingesteld op 10 mV en de meetfrequentie werd ingesteld op 10–2–105 Hz.spectrumgegevens na testen.
Huidig tijdcurve-testproces: selecteer verschillende passivatiepotentialen op basis van de resultaten van de anodische polarisatiecurve, meet de It-curve bij constant potentieel en pas de dubbele logaritmecurve aan om de helling van de aangepaste curve voor filmanalyse te berekenen.het mechanisme voor de vorming van de passiverende film.
Nadat de nullastspanning is gestabiliseerd, voert u een Mott-Schottky-curvetest uit.Testpotentiaal scanbereik 1,0~-1,0V (vS.Ag/AgCl), scansnelheid 20mV/s, testfrequentie ingesteld op 1000Hz, excitatiesignaal 5mV.
Gebruik röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS) (ESCALAB 250Xi, VK) om de samenstelling en chemische toestand van de oppervlaktepassiveringsfilm na 2205 DSS-filmvorming te sputtertesten en meetgegevens piekfit-verwerking uit te voeren met behulp van superieure software.vergeleken met databases van atoomspectra en gerelateerde literatuur en gekalibreerd met behulp van C1s (284,8 eV).De morfologie van corrosie en de diepte van de putjes op de monsters werden gekarakteriseerd met behulp van een ultradiepe optische digitale microscoop (Zeiss Smart Zoom5, Duitsland).
Het monster werd getest bij dezelfde potentiaal (-0,6142 V rel. Ag/AgCl) met behulp van de constante potentiaalmethode en de corrosiestroomcurve werd in de loop van de tijd geregistreerd.Volgens de CPT-teststandaard neemt de polarisatiestroomdichtheid geleidelijk toe bij toenemende temperatuur.Figuur 1 toont de kritische puttemperatuur van 2205 DSS in een gesimuleerde oplossing die 100 g/L Cl– en verzadigd CO2 bevat.Het is duidelijk dat bij een lage temperatuur van de oplossing de stroomdichtheid praktisch niet verandert met toenemende testtijd.En toen de temperatuur van de oplossing tot een bepaalde waarde steeg, nam de stroomdichtheid snel toe, wat aangeeft dat de oplossnelheid van de passiverende film toenam met de toename van de temperatuur van de oplossing.Wanneer de temperatuur van de vaste oplossing wordt verhoogd van 2°C naar ongeveer 67°C, neemt de polarisatiestroomdichtheid van 2205DSS toe tot 100 µA/cm2, en is de gemiddelde kritische puttemperatuur van 2205DSS 66,9°C, wat ongeveer 16,6°C is. hoger dan dan de 2205DSS.standaard 3,5 gew.% NaCl (0,7 V)26.De kritische puttemperatuur hangt af van de aangelegde potentiaal op het moment van de meting: hoe lager de aangelegde potentiaal, hoe hoger de gemeten kritische puttemperatuur.
Kritische temperatuurcurve van 2205 duplex roestvrij staal in een gesimuleerde oplossing die 100 g/L Cl– en verzadigd CO2 bevat.
Op afb.Figuur 2 toont ac-impedantiegrafieken van de 2205 DSS in gesimuleerde oplossingen die 100 g/L Cl- en verzadigd CO2 bevatten bij verschillende temperaturen.Het is te zien dat het Nyquist-diagram van de 2205DSS bij verschillende temperaturen bestaat uit hoogfrequente, middenfrequente en laagfrequente weerstandscapaciteitsbogen, en dat de weerstandscapaciteitsbogen niet halfrond zijn.De straal van de capacitieve boog weerspiegelt de weerstandswaarde van de passivatiefilm en de waarde van de ladingsoverdrachtsweerstand tijdens de elektrodereactie.Het is algemeen aanvaard dat hoe groter de straal van de capacitieve boog is, hoe beter de corrosieweerstand van het metalen substraat in oplossing27.Bij een oplossingstemperatuur van 30 °C zijn de straal van de capacitieve boog in het Nyquist-diagram en de fasehoek in het diagram van de impedantiemodulus |Z|Bode is de hoogste en 2205 DSS-corrosie is de laagste.Naarmate de temperatuur van de oplossing toeneemt, wordt |Z|impedantiemodulus, boogradius en oplossingsweerstand nemen af, bovendien neemt de fasehoek ook af van 79 Ω naar 58 Ω in het middenfrequentiegebied, waarbij een brede piek en een dichte binnenlaag en een dunne (poreuze) buitenlaag de belangrijkste zijn kenmerken van een inhomogene passieve film28.Naarmate de temperatuur stijgt, lost de op het oppervlak van het metalen substraat gevormde passiverende film op en barst deze, wat de beschermende eigenschappen van het substraat verzwakt en de corrosieweerstand van het materiaal verslechtert29.
Met behulp van de ZSimDeme-software om de impedantiespectrumgegevens aan te passen, wordt het gemonteerde equivalente circuit getoond in figuur 330, waarbij Rs de gesimuleerde oplossingsweerstand is, Q1 de filmcapaciteit is, Rf de weerstand is van de gegenereerde passivatiefilm, Q2 de dubbele is. laagcapaciteit, en Rct is de ladingsoverdrachtsweerstand.Van de resultaten van het inpassen in de tabel.Figuur 3 laat zien dat naarmate de temperatuur van de gesimuleerde oplossing toeneemt, de waarde van nl afneemt van 0,841 naar 0,769, wat een toename van de opening tussen de tweelaagse condensatoren en een afname van de dichtheid aangeeft.De ladingsoverdrachtsweerstand Rct nam geleidelijk af van 2,958×1014 naar 2,541×103 Ω cm2, wat duidde op een geleidelijke afname van de corrosieweerstand van het materiaal.De weerstand van de oplossing Rs nam af van 2,953 naar 2,469 Ω cm2, en de capaciteit Q2 van de passiverende film nam af van 5,430 10-4 naar 1,147 10-3 Ω cm2, de geleidbaarheid van de oplossing nam toe, de stabiliteit van de passiverende film nam af en de oplossing Cl-, SO42-, etc.) in het medium neemt toe, wat de vernietiging van de passiverende film versnelt31.Dit leidt tot een afname van de filmweerstand Rf (van 4662 naar 849 Ω cm2) en een afname van de polarisatieweerstand Rp (Rct+Rf) gevormd op het oppervlak van het duplex roestvast staal.
Daarom beïnvloedt de temperatuur van de oplossing de corrosieweerstand van DSS 2205. Bij een lage temperatuur van de oplossing vindt er een reactieproces plaats tussen de kathode en de anode in aanwezigheid van Fe2 +, wat bijdraagt aan het snel oplossen en corroderen van de oplossing. anode, evenals de passivering van de film gevormd op het oppervlak, completer en hogere dichtheid, grotere weerstand ladingsoverdracht tussen oplossingen, vertraagt het oplossen van de metaalmatrix en vertoont een betere corrosieweerstand.Naarmate de temperatuur van de oplossing stijgt, neemt de weerstand tegen ladingsoverdracht Rct af, versnelt de reactiesnelheid tussen ionen in de oplossing en versnelt de diffusiesnelheid van agressieve ionen, zodat de initiële corrosieproducten opnieuw worden gevormd op het oppervlak van de oplossing. het substraat van het oppervlak van het metalen substraat.Een dunnere passiveringsfilm verzwakt de beschermende eigenschappen van het substraat.
Op afb.Figuur 4 toont de dynamische potentiële polarisatiecurven van 2205 DSS in gesimuleerde oplossingen die 100 g/L Cl– en verzadigd CO2 bevatten bij verschillende temperaturen.Uit de figuur blijkt dat wanneer de potentiaal in het bereik van -0,4 tot 0,9 V ligt, de anodecurven bij verschillende temperaturen duidelijke passivatiegebieden vertonen, en dat de zelfcorrosiepotentiaal ongeveer -0,7 tot -0,5 V bedraagt. de dichtheid verhoogt de stroom tot 100 μA/cm233. De anodecurve wordt gewoonlijk het putpotentiaal (Eb of Etra) genoemd.Naarmate de temperatuur stijgt, neemt het passivatie-interval af, neemt het zelfcorrosiepotentieel af, heeft de corrosiestroomdichtheid de neiging toe te nemen en verschuift de polarisatiecurve naar rechts, wat aangeeft dat de film gevormd door DSS 2205 in de gesimuleerde oplossing actief is. activiteit.gehalte van 100 g/l Cl– en verzadigd CO2, verhoogt de gevoeligheid voor putcorrosie, wordt gemakkelijk beschadigd door agressieve ionen, wat leidt tot verhoogde corrosie van de metaalmatrix en een afname van de corrosieweerstand.
Uit Tabel 4 blijkt dat wanneer de temperatuur stijgt van 30°C naar 45°C, het overeenkomstige overpassiveringspotentieel enigszins afneemt, maar dat de passivatiestroomdichtheid van de overeenkomstige grootte aanzienlijk toeneemt, wat aangeeft dat de bescherming van de passiveringsfilm onder deze omstandigheden omstandigheden nemen toe met toenemende temperatuur.Wanneer de temperatuur 60°C bereikt, neemt het overeenkomstige putpotentieel aanzienlijk af, en deze trend wordt duidelijker naarmate de temperatuur stijgt.Opgemerkt moet worden dat bij 75°C een significante voorbijgaande stroompiek in de figuur verschijnt, wat wijst op de aanwezigheid van metastabiele putcorrosie op het monsteroppervlak.
Daarom neemt bij een stijging van de temperatuur van de oplossing de hoeveelheid zuurstof die in de oplossing is opgelost af, neemt de pH-waarde van het filmoppervlak af en neemt de stabiliteit van de passiverende film af.Bovendien geldt dat hoe hoger de temperatuur van de oplossing, hoe hoger de activiteit van agressieve ionen in de oplossing en hoe hoger de mate van schade aan de oppervlaktefilmlaag van het substraat.In de filmlaag gevormde oxiden vallen er gemakkelijk af en reageren met kationen in de filmlaag om oplosbare verbindingen te vormen, waardoor de kans op putvorming toeneemt.Omdat de geregenereerde filmlaag relatief los is, is het beschermende effect op het substraat laag, wat de corrosie van het metalen substraat vergroot.De resultaten van de dynamische polarisatiepotentiaaltest komen overeen met de resultaten van impedantiespectroscopie.
Op afb.Figuur 5a toont de It-curven voor 2205 DSS in een modeloplossing die 100 g/L Cl– en verzadigd CO2 bevat.De passivatiestroomdichtheid als functie van de tijd werd verkregen na polarisatie bij verschillende temperaturen gedurende 1 uur bij een potentiaal van -300 mV (ten opzichte van Ag/AgCl).Het is duidelijk dat de trend van de passivatiestroomdichtheid van 2205 DSS bij hetzelfde potentieel en verschillende temperaturen in principe hetzelfde is, en dat de trend geleidelijk afneemt met de tijd en de neiging heeft gelijkmatig te zijn.Naarmate de temperatuur geleidelijk toenam, nam de passivatiestroomdichtheid van 2205 DSS toe, wat consistent was met de resultaten van polarisatie, die ook aangaven dat de beschermende eigenschappen van de filmlaag op het metalen substraat afnamen met toenemende temperatuur van de oplossing.
Potentiostatische polarisatiecurven van 2205 DSS bij hetzelfde filmvormingspotentieel en verschillende temperaturen.(a) Stroomdichtheid versus tijd, (b) Passieve filmgroeilogaritme.
Onderzoek de relatie tussen de passivatiestroomdichtheid en de tijd bij verschillende temperaturen voor hetzelfde filmvormingspotentieel, zoals weergegeven in (1)34:
Waar i de passivatiestroomdichtheid is bij het filmvormingspotentieel, A/cm2.A is het oppervlak van de werkelektrode, cm2.K is de helling van de curve die erop past.t tijd, s
Op afb.5b toont logI- en logt-curven voor 2205 DSS bij verschillende temperaturen en hetzelfde filmvormingspotentieel.Volgens gegevens uit de literatuur35 is, wanneer de lijn K = -1 helt, de filmlaag die op het oppervlak van het substraat wordt gevormd dichter en heeft deze een betere corrosieweerstand tegen het metalen substraat.En wanneer de rechte lijn K = -0,5 helt, is de op het oppervlak gevormde filmlaag los, bevat veel kleine gaatjes en heeft een slechte corrosieweerstand tegen het metalen substraat.Er kan worden gezien dat bij 30°C, 45°C, 60°C en 75°C de structuur van de filmlaag verandert van dichte poriën naar losse poriën in overeenstemming met de geselecteerde lineaire helling.Volgens het Point Defect Model (PDM)36,37 is te zien dat het aangelegde potentiaal tijdens de test geen invloed heeft op de stroomdichtheid, wat aangeeft dat de temperatuur direct invloed heeft op de meting van de anodestroomdichtheid tijdens de test, zodat de stroomsterkte neemt toe met toenemende temperatuur.oplossing, en de dichtheid van 2205 DSS neemt toe en de corrosieweerstand neemt af.
De halfgeleidereigenschappen van de dunne filmlaag gevormd op de DSS beïnvloeden de corrosieweerstand ervan38, het type halfgeleider en de dragerdichtheid van de dunne filmlaag beïnvloeden het scheuren en putjes vormen van de dunne filmlaag DSS39,40 waarbij de capaciteit C en E van de potentiële dunne filmlaag voldoet aan de relatie MS, de ruimtelading van de halfgeleider wordt op de volgende manier berekend:
In de formule is ε de diëlektrische constante van de passiverende film bij kamertemperatuur, gelijk aan 1230, ε0 is de diëlektrische constante van het vacuüm, gelijk aan 8,85 x 10–14 F/cm, E is de secundaire lading (1,602 x 10–19 C) ;ND is de dichtheid van n-type halfgeleiderdonoren, cm–3, NA is de acceptordichtheid van p-type halfgeleider, cm–3, EFB is het plattebandpotentieel, V, K is de constante van Boltzmann, 1,38 × 10–3 .23 J/K, T – temperatuur, K.
De helling en het snijpunt van de gepaste lijn kunnen worden berekend door een lineaire scheiding aan te brengen op de gemeten MS-curve, toegepaste concentratie (ND), geaccepteerde concentratie (NA) en vlakbandpotentieel (Efb) .
Op afb.Figuur 6 toont de Mott-Schottky-curve van de oppervlaktelaag van een 2205 DSS-film gevormd in een gesimuleerde oplossing die 100 g/l Cl- bevat en verzadigd met CO2 bij een potentiaal (-300 mV) gedurende 1 uur.Het is duidelijk dat alle dunnefilmlagen die bij verschillende temperaturen worden gevormd de kenmerken hebben van bipolaire halfgeleiders van het n+p-type.De n-type halfgeleider heeft oplossinganionselectiviteit, die kan voorkomen dat roestvrijstalen kationen door de passivatiefilm in de oplossing diffunderen, terwijl de p-type halfgeleider kationselectiviteit heeft, die kan voorkomen dat de corrosieve anionen in oplossing passivatiekruisingen ondergaan. De film wordt geleverd uit op het oppervlak van het substraat 26.Er is ook te zien dat er een vloeiende overgang is tussen de twee aanpassingscurven, dat de film zich in een vlakke bandtoestand bevindt en dat de vlakke bandpotentiaal Efb kan worden gebruikt om de positie van de energieband van een halfgeleider te bepalen en de elektrochemische werking ervan te evalueren. stabiliteit43..
Volgens de resultaten van de MC-curveaanpassing getoond in Tabel 5 werden de uitgaande concentratie (ND) en de ontvangende concentratie (NA) en de vlakke bandpotentiaal Efb 44 van dezelfde orde van grootte berekend.De dichtheid van de aangelegde draagstroom karakteriseert voornamelijk puntdefecten in de ruimteladingslaag en het putpotentiaal van de passiverende film.Hoe hoger de concentratie van de aangebrachte drager, hoe gemakkelijker de filmlaag breekt en hoe groter de kans op substraatcorrosie45.Bovendien nam met een geleidelijke stijging van de temperatuur van de oplossing de concentratie van de ND-emitter in de filmlaag toe van 5,273 x 1020 cm-3 naar 1,772 x 1022 cm-3, en nam de NA-gastheerconcentratie toe van 4,972 x 1021 naar 4,592. ×1023.cm – zoals weergegeven in afb.3 neemt de vlakkebandpotentiaal toe van 0,021 V naar 0,753 V, neemt het aantal dragers in de oplossing toe, wordt de reactie tussen ionen in de oplossing intenser en neemt de stabiliteit van de filmlaag af.Naarmate de temperatuur van de oplossing stijgt, geldt: hoe kleiner de absolute waarde van de helling van de benaderingslijn, hoe groter de dichtheid van dragers in de oplossing, hoe hoger de diffusiesnelheid tussen ionen en hoe groter het aantal ionenvacatures op de oplossing. oppervlak van de filmlaag., waardoor het metalen substraat, de stabiliteit en de corrosieweerstand worden verminderd 46,47.
De chemische samenstelling van de film heeft een significant effect op de stabiliteit van metaalkationen en de prestaties van halfgeleiders, en de verandering in temperatuur heeft een belangrijk effect op de vorming van een roestvrijstalen film.Op afb.Figuur 7 toont het volledige XPS-spectrum van de oppervlaktelaag van een 2205 DSS-film in een gesimuleerde oplossing die 100 g/L Cl– en verzadigd CO2 bevat.De belangrijkste elementen in films gevormd door chips bij verschillende temperaturen zijn in principe hetzelfde, en de hoofdcomponenten van de films zijn Fe, Cr, Ni, Mo, O, N en C. Daarom zijn de belangrijkste componenten van de filmlaag Fe. , Cr, Ni, Mo, O, N en C. Houder met Cr-oxiden, Fe-oxiden en hydroxiden en een kleine hoeveelheid Ni- en Mo-oxiden.
Volledige XPS 2205 DSS-spectra genomen bij verschillende temperaturen.(a) 30°С, (b) 45°С, (c) 60°С, (d) 75°С.
De hoofdsamenstelling van de film houdt verband met de thermodynamische eigenschappen van de verbindingen in de passiverende film.Volgens de bindingsenergie van de belangrijkste elementen in de filmlaag, weergegeven in de tabel.6 is te zien dat de karakteristieke spectrale pieken van Cr2p3/2 zijn verdeeld in metaal Cr0 (573,7 ± 0,2 eV), Cr2O3 (574,5 ± 0,3 eV) en Cr(OH)3 (575,4 ± 0,1 eV) als getoond in figuur 8a, waarin het door het Cr-element gevormde oxide de hoofdcomponent in de film is, die een belangrijke rol speelt in de corrosieweerstand van de film en de elektrochemische prestaties ervan.De relatieve piekintensiteit van Cr2O3 in de filmlaag is hoger dan die van Cr(OH)3.Naarmate de temperatuur van de vaste oplossing stijgt, verzwakt de relatieve piek van Cr2O3 echter geleidelijk, terwijl de relatieve piek van Cr(OH)3 geleidelijk toeneemt, wat wijst op de voor de hand liggende transformatie van het belangrijkste Cr3+ in de filmlaag van Cr2O3 naar Cr(OH). 3, en de temperatuur van de oplossing neemt toe.
De bindingsenergie van de pieken van het karakteristieke spectrum van Fe2p3/2 bestaat hoofdzakelijk uit vier pieken van de metaaltoestand Fe0 (706,4 ± 0,2 eV), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 eV), FeO (709,5 ± 0,1 eV) en FeOOH (713,1). eV) ± 0,3 eV), zoals weergegeven in figuur 8b, is Fe voornamelijk aanwezig in de gevormde film in de vorm van Fe2+ en Fe3+.Fe2+ uit FeO domineert Fe(II) bij lagere bindingsenergiepieken, terwijl Fe3O4 en Fe(III) FeOOH-verbindingen domineren bij hogere bindingsenergiepieken48,49.De relatieve intensiteit van de Fe3+-piek is hoger dan die van Fe2+, maar de relatieve intensiteit van de Fe3+-piek neemt af naarmate de temperatuur van de oplossing toeneemt, en de relatieve intensiteit van de Fe2+-piek neemt toe, wat wijst op een verandering in de hoofdsubstantie in de filmlaag van Fe3+ naar Fe2+ om de temperatuur van de oplossing te verhogen.
De karakteristieke spectrale pieken van Mo3d5/2 bestaan hoofdzakelijk uit twee piekposities Mo3d5/2 en Mo3d3/243,50, terwijl Mo3d5/2 metallisch Mo (227,5 ± 0,3 eV), Mo4+ (228,9 ± 0,2 eV) en Mo6+ (229,4 ± 0,3 eV) omvat. ), terwijl Mo3d3/2 ook metallisch Mo (230,4 ± 0,1 eV), Mo4+ (231,5 ± 0,2 eV) en Mo6+ (232, 8 ± 0,1 eV) bevat, zoals weergegeven in figuur 8c, dus de Mo-elementen bestaan in de meer dan drie valentie toestand van de filmlaag.De bindingsenergieën van de karakteristieke spectrale pieken van Ni2p3/2 bestaan uit Ni0 (852,4 ± 0,2 eV) en NiO (854,1 ± 0,2 eV), zoals respectievelijk weergegeven in figuur 8g.De karakteristieke N1s-piek bestaat uit N (399,6 ± 0,3 eV), zoals weergegeven in figuur 8d.Karakteristieke O1s-pieken omvatten O2- (529,7 ± 0,2 eV), OH- (531,2 ± 0,2 eV) en H2O (531,8 ± 0,3 eV), zoals weergegeven in figuur. De belangrijkste componenten van de filmlaag zijn (OH- en O2 -) , die voornamelijk worden gebruikt voor de oxidatie of waterstofoxidatie van Cr en Fe in de filmlaag.De relatieve piekintensiteit van OH- nam aanzienlijk toe naarmate de temperatuur steeg van 30°C naar 75°C.Daarom verandert bij een temperatuurstijging de belangrijkste materiaalsamenstelling van O2- in de filmlaag van O2- naar OH- en O2-.
Op afb.Figuur 9 toont de microscopische oppervlaktemorfologie van monster 2205 DSS na dynamische potentiële polarisatie in een modeloplossing die 100 g/L Cl– en verzadigd CO2 bevat.Het is te zien dat er op het oppervlak van de monsters, gepolariseerd bij verschillende temperaturen, corrosieputten van verschillende gradaties aanwezig zijn, dit gebeurt in een oplossing van agressieve ionen, en met een toename van de temperatuur van de oplossing treedt ernstiger corrosie op aan de oppervlak van de monsters.substraat.Het aantal putjes per oppervlakte-eenheid en de diepte van de corrosiecentra nemen toe.
Corrosiecurven van 2205 DSS in modeloplossingen met 100 g/l Cl– en verzadigd CO2 bij verschillende temperaturen (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c .
Daarom zal een temperatuurstijging de activiteit van elke component van de DSS verhogen, evenals de activiteit van agressieve ionen in een agressieve omgeving, waardoor een zekere mate van schade aan het monsteroppervlak wordt veroorzaakt, waardoor de putjesactiviteit toeneemt.en de vorming van corrosieputten zal toenemen.De snelheid van productvorming zal toenemen en de corrosieweerstand van het materiaal zal afnemen51,52,53,54,55.
Op afb.10 toont de morfologie en putdiepte van een 2205 DSS-monster gepolariseerd met een optische digitale microscoop met ultrahoge velddiepte.Vanaf afb.Figuur 10a laat zien dat er ook kleinere corrosieputten rond grote putten verschenen, wat aangeeft dat de passiverende film op het monsteroppervlak gedeeltelijk werd vernietigd door de vorming van corrosieputten bij een gegeven stroomdichtheid, en dat de maximale putdiepte 12,9 µm was.zoals weergegeven in figuur 10b.
DSS vertoont een betere corrosieweerstand, de belangrijkste reden is dat de film gevormd op het oppervlak van het staal goed beschermd is in oplossing, Mott-Schottky, volgens de bovenstaande XPS-resultaten en gerelateerde literatuur 13,56,57,58, is de film voornamelijk gaat door het volgende. Dit is het oxidatieproces van Fe en Cr.
Fe2+ lost gemakkelijk op en slaat neer op het grensvlak 53 tussen de film en de oplossing, en het kathodische reactieproces is als volgt:
In de gecorrodeerde toestand wordt een tweelaagse structuurfilm gevormd, die voornamelijk bestaat uit een binnenlaag van ijzer- en chroomoxiden en een buitenste hydroxidelaag, en groeien ionen meestal in de poriën van de film.De chemische samenstelling van de passiverende film houdt verband met de halfgeleidereigenschappen ervan, zoals blijkt uit de Mott-Schottky-curve, die aangeeft dat de samenstelling van de passiverende film van het n+p-type is en bipolaire kenmerken heeft.De XPS-resultaten laten zien dat de buitenste laag van de passiverende film hoofdzakelijk bestaat uit Fe-oxiden en hydroxiden die halfgeleidereigenschappen van het n-type vertonen, en dat de binnenlaag hoofdzakelijk bestaat uit Cr-oxiden en hydroxiden die halfgeleidereigenschappen van het p-type vertonen.
2205 DSS heeft een hoge soortelijke weerstand vanwege het hoge Cr17.54-gehalte en vertoont verschillende mate van putvorming als gevolg van microscopische galvanische corrosie55 tussen duplexstructuren.Putcorrosie is een van de meest voorkomende soorten corrosie bij DSS, en temperatuur is een van de belangrijke factoren die het gedrag van putcorrosie beïnvloedt en heeft een impact op de thermodynamische en kinetische processen van de DSS-reactie60,61.In een gesimuleerde oplossing met een hoge concentratie Cl– en verzadigd CO2 beïnvloedt de temperatuur doorgaans ook de vorming van putcorrosie en het ontstaan van scheuren tijdens spanningscorrosiescheuren onder spanningscorrosiescheuren, en wordt de kritische temperatuur van putcorrosie bepaald om te evalueren de corrosieweerstand.DSS.Het materiaal, dat de gevoeligheid van de metaalmatrix voor temperatuur weerspiegelt, wordt vaak gebruikt als een belangrijke referentie bij materiaalkeuze in technische toepassingen.De gemiddelde kritische puttemperatuur van 2205 DSS in de gesimuleerde oplossing is 66,9°C, wat 25,6°C hoger is dan die van Super 13Cr roestvrij staal met 3,5% NaCl, maar de maximale putdiepte bereikte 12,9 µm62.De elektrochemische resultaten bevestigden verder dat de horizontale gebieden van de fasehoek en frequentie smaller worden bij toenemende temperatuur, en naarmate de fasehoek afneemt van 79° naar 58°, wordt de waarde van |Z|neemt af van 1,26×104 naar 1,58×103 Ω cm2.ladingsoverdrachtsweerstand Rct daalde van 2,958 1014 naar 2,541 103 Ω cm2, oplossingsweerstand Rs daalde van 2,953 naar 2,469 Ω cm2, filmweerstand Rf daalde van 5,430 10-4 cm2 naar 1,147 10-3 cm2.De geleidbaarheid van de agressieve oplossing neemt toe, de stabiliteit van de metaalmatrixfilmlaag neemt af, deze lost gemakkelijk op en barst gemakkelijk.De zelfcorrosiestroomdichtheid nam toe van 1,482 naar 2,893×10-6 A cm-2, en het zelfcorrosiepotentieel daalde van -0,532 naar -0,621V.Het is duidelijk dat de verandering in temperatuur de integriteit en dichtheid van de filmlaag beïnvloedt.
Integendeel, een hoge concentratie Cl- en een verzadigde oplossing van CO2 verhogen geleidelijk het adsorptievermogen van Cl- op het oppervlak van de passivatiefilm bij toenemende temperatuur, de stabiliteit van de passivatiefilm wordt onstabiel en het beschermende effect op de het substraat wordt zwakker en de gevoeligheid voor putjes neemt toe.In dit geval neemt de activiteit van corrosieve ionen in de oplossing toe, neemt het zuurstofgehalte af en is de oppervlaktefilm van het gecorrodeerde materiaal moeilijk snel te herstellen, wat gunstiger omstandigheden creëert voor verdere adsorptie van corrosieve ionen op het oppervlak.Materiaalreductie63.Robinson et al.[64] toonde aan dat met een stijging van de temperatuur van de oplossing de groeisnelheid van putten versnelt en ook de diffusiesnelheid van ionen in de oplossing toeneemt.Wanneer de temperatuur stijgt tot 65 °C, vertraagt het oplossen van zuurstof in een oplossing die Cl-ionen bevat het kathodische reactieproces en neemt de putsnelheid af.Han20 onderzocht het effect van temperatuur op het corrosiegedrag van 2205 duplex roestvast staal in een CO2-omgeving.De resultaten toonden aan dat een temperatuurstijging de hoeveelheid corrosieproducten en het gebied met krimpholtes op het oppervlak van het materiaal deed toenemen.Op dezelfde manier, wanneer de temperatuur stijgt tot 150°C, breekt de oxidefilm op het oppervlak en is de dichtheid van kraters het hoogst.Lu4 onderzocht het effect van temperatuur op het corrosiegedrag van 2205 duplex roestvrij staal, van passivatie tot activatie in een geothermische omgeving die CO2 bevat.Hun resultaten laten zien dat bij een testtemperatuur onder 150 °C de gevormde film een karakteristieke amorfe structuur heeft, en dat het binnenste grensvlak een nikkelrijke laag bevat, en dat bij een temperatuur van 300 °C het resulterende corrosieproduct een structuur op nanoschaal heeft. .-polykristallijn FeCr2O4, CrOOH en NiFe2O4.
Op afb.11 is een diagram van het corrosie- en filmvormingsproces van 2205 DSS.Vóór gebruik vormt 2205 DSS een passiverende film in de atmosfeer.Na onderdompeling in een omgeving die een oplossing simuleert die oplossingen bevat met een hoog gehalte aan Cl- en CO2, wordt het oppervlak snel omringd door verschillende agressieve ionen (Cl-, CO32-, enz.).).J. Banas 65 kwam tot de conclusie dat in een omgeving waar tegelijkertijd CO2 aanwezig is, de stabiliteit van de passiverende film op het oppervlak van het materiaal in de loop van de tijd zal afnemen, en dat het gevormde koolzuur de neiging heeft de geleidbaarheid van ionen in de passivatiefilm te vergroten. laag.film en versnelling van het oplossen van ionen in een passiverende film.Passiverende folie.De filmlaag op het monsteroppervlak bevindt zich dus in een dynamisch evenwichtsstadium van oplossing en herpassivering66, Cl- vermindert de vormingssnelheid van de oppervlaktefilmlaag en er verschijnen kleine putjes op het aangrenzende gebied van het filmoppervlak, aangezien weergegeven in Figuur 3. Tonen.Zoals weergegeven in figuur 11a en b verschijnen tegelijkertijd kleine onstabiele corrosieputjes.Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de activiteit van corrosieve ionen in oplossing op de filmlaag toe, en neemt de diepte van de kleine onstabiele putjes toe totdat de filmlaag volledig door de transparante laag is gepenetreerd, zoals weergegeven in figuur 11c.Met een verdere stijging van de temperatuur van het oplossende medium versnelt het gehalte aan opgelost CO2 in de oplossing, wat leidt tot een verlaging van de pH-waarde van de oplossing, een toename van de dichtheid van de kleinste onstabiele corrosieputten op het SPP-oppervlak De diepte van de aanvankelijke corrosieputten wordt groter en dieper, en de passiverende film op het monsteroppervlak. Naarmate de dikte afneemt, wordt het passiveren van de film gevoeliger voor putjes, zoals weergegeven in figuur 11d.En de elektrochemische resultaten bevestigden bovendien dat de temperatuurverandering een bepaald effect heeft op de integriteit en dichtheid van de film.Er kan dus worden gezien dat corrosie in oplossingen die verzadigd zijn met CO2 die hoge concentraties Cl- bevatten, significant verschilt van corrosie in oplossingen die lage concentraties Cl-67,68 bevatten.
Corrosieproces 2205 DSS met vorming en vernietiging van een nieuwe film.(a) Proces 1, (b) Proces 2, (c) Proces 3, (d) Proces 4.
De gemiddelde kritische puttemperatuur van 2205 DSS in een gesimuleerde oplossing die 100 g/l Cl– en verzadigd CO2 bevat, is 66,9 ℃, en de maximale putdiepte is 12,9 µm, wat de corrosieweerstand van 2205 DSS vermindert en de gevoeligheid voor putcorrosie vergroot.temperatuur stijging.
Posttijd: 16 februari 2023