Благодарим ви, че посетихте Nature.com.Използвате версия на браузър с ограничена поддръжка на CSS.За най-добро изживяване ви препоръчваме да използвате актуализиран браузър (или да деактивирате режима на съвместимост в Internet Explorer).Освен това, за да осигурим постоянна поддръжка, показваме сайта без стилове и JavaScript.
Показва въртележка от три слайда наведнъж.Използвайте бутоните Предишен и Следващ, за да преминете през три слайда наведнъж, или използвайте бутоните на плъзгача в края, за да преминете през три слайда наведнъж.
Duplex 2205 неръждаема стомана (DSS) има добра устойчивост на корозия поради типичната си дуплексна структура, но все по-тежката среда, съдържаща CO2, нефт и газ, води до различни степени на корозия, особено питинг, което сериозно застрашава безопасността и надеждността на петрола и природните газови приложения.разработване на газ.В тази работа се използват тест за потапяне и електрохимичен тест в комбинация с лазерна конфокална микроскопия и рентгенова фотоелектронна спектроскопия.Резултатите показват, че средната критична температура за питинг 2205 DSS е 66,9 °C.Когато температурата е по-висока от 66,9 ℃, потенциалът за разпадане на питинг, интервалът на пасивация и потенциалът за самокорозия се намаляват, плътността на тока на пасивиране на размера се увеличава и чувствителността на питинг се увеличава.С по-нататъшно повишаване на температурата, радиусът на капацитивната дъга 2205 DSS намалява, повърхностното съпротивление и съпротивлението на пренос на заряд постепенно намаляват, а плътността на донорните и акцепторните носители във филмовия слой на продукта с n + p-биполярни характеристики също се увеличава, съдържанието на Cr оксиди във вътрешния слой на филма намалява, увеличава съдържанието на Fe оксиди във външния слой, разтварянето на филмовия слой се увеличава, стабилността намалява, броят на ямите и размерът на порите се увеличават.
В контекста на бързото икономическо и социално развитие и социалния прогрес, търсенето на ресурси от нефт и газ продължава да расте, принуждавайки развитието на нефт и газ постепенно да се измести към югозападните и офшорните зони с по-тежки условия и среда, така че условията на работа на сондажните тръби стават все по-тежки..Влошаване 1,2,3.В областта на проучването на нефт и газ, когато увеличението на CO2 4 и съдържанието на соленост и хлор 5, 6 в произведения флуид, обикновената тръба от въглеродна стомана 7 е обект на сериозна корозия, дори ако инхибиторите на корозията се изпомпват в тръбния низ, корозията не може да бъде ефективно потисната стоманата вече не може да отговаря на изискванията за дългосрочна работа в сурови корозивни CO28,9,10 среди.Изследователите се обърнаха към дуплексни неръждаеми стомани (DSS) с по-добра устойчивост на корозия.2205 DSS, съдържанието на ферит и аустенит в стоманата е около 50%, има отлични механични свойства и устойчивост на корозия, повърхностният пасивиращ филм е плътен, има отлична равномерна устойчивост на корозия, цената е по-ниска от тази на сплавите на основата на никел 11 , 12. По този начин 2205 DSS обикновено се използва като съд под налягане в корозивна среда, корпус на петролни кладенци в корозивна CO2 среда, воден охладител за кондензационна система в офшорни нефтени и химически полета 13, 14, 15, но 2205 DSS може също да има корозивна перфорация. в сервиз.
Понастоящем са проведени много изследвания на CO2- и Cl-питингова корозия 2205 DSS в страната и чужбина [16,17,18].Ebrahimi19 установи, че добавянето на калиева дихроматна сол към разтвор на NaCl може да попречи на 2205 DSS питинг, а увеличаването на концентрацията на калиев дихромат повишава критичната температура на 2205 DSS питинг.Въпреки това, потенциалът за питинг на 2205 DSS се увеличава поради добавянето на определена концентрация на NaCl към калиев дихромат и намалява с увеличаване на концентрацията на NaCl.Han20 показва, че при 30 до 120°C структурата на 2205 DSS пасивиращ филм е смес от Cr2O3 вътрешен слой, FeO външен слой и богат Cr;когато температурата се повиши до 150 °C, пасивиращият филм се разтваря., вътрешната структура се променя до Cr2O3 и Cr(OH)3, а външният слой се променя до Fe(II,III) оксид и Fe(III) хидроксид.Peguet21 установи, че стационарният питинг на неръждаема стомана S2205 в разтвор на NaCl обикновено се случва не под критичната температура на питинг (CPT), а в температурния диапазон на трансформация (TTI).Thiadi22 заключава, че с увеличаването на концентрацията на NaCl устойчивостта на корозия на S2205 DSS намалява значително и колкото по-отрицателен е приложеният потенциал, толкова по-лоша е устойчивостта на корозия на материала.
В тази статия бяха използвани динамично потенциално сканиране, импедансна спектроскопия, постоянен потенциал, крива на Мот-Шотки и оптична електронна микроскопия за изследване на ефекта от висока соленост, висока концентрация на Cl– и температура върху корозионното поведение на 2205 DSS.и фотоелектронна спектроскопия, която осигурява теоретичната основа за безопасната работа на 2205 DSS в нефтена и газова среда, съдържаща CO2.
Тестовият материал е избран от обработена с разтвор стомана 2205 DSS (клас стомана 110ksi), а основният химичен състав е показан в таблица 1.
Размерът на електрохимичната проба е 10 mm × 10 mm × 5 mm, тя се почиства с ацетон за отстраняване на масло и абсолютен етанол и се изсушава.Гърбът на тестовото парче е запоен за свързване на подходящата дължина на меден проводник.След заваряване използвайте мултицет (VC9801A), за да проверите електрическата проводимост на заварената проба и след това запечатайте неработната повърхност с епоксидна смола.Използвайте водна шкурка от силициев карбид 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000#, за да полирате работната повърхност на полиращата машина с 0,25um полиращ агент до грапавостта на повърхността Ra≤1,6um и накрая почистете и поставете в термостата .
Използвана е електрохимична работна станция Priston (P4000A) с триелектродна система.Платинен електрод (Pt) с площ от 1 cm2 служи като спомагателен електрод, DSS 2205 (с площ от 1 cm2) се използва като работен електрод, а референтен електрод (Ag/AgCl) беше използвани.Моделният разтвор, използван в теста, се приготвя съгласно (Таблица 2).Преди теста се пропуска разтвор на N2 с висока чистота (99,99%) за 1 час и след това се пропуска CO2 за 30 минути, за да се деоксигенира разтворът., а CO2 в разтвора винаги е бил в състояние на насищане.
Първо поставете пробата в резервоара, съдържащ тестовия разтвор, и я поставете във водна баня с постоянна температура.Първоначалната настройка на температурата е 2°C, а повишаването на температурата се контролира със скорост от 1°C/min и температурният диапазон се контролира.при 2-80°C.Целзий.Тестът започва при постоянен потенциал (-0,6142 Vs.Ag/AgCl) и тестовата крива е It крива.Съгласно стандарта за изпитване на критичната температура на питинг, It кривата може да бъде известна.Температурата, при която плътността на тока се повишава до 100 μA/cm2, се нарича критична температура на питинг.Средната критична температура за питинг е 66,9 °C.Тестовите температури за поляризационната крива и импедансния спектър бяха избрани да бъдат съответно 30°C, 45°C, 60°C и 75°C и тестът беше повторен три пъти при същите условия на пробата, за да се намалят възможните отклонения.
Метална проба, изложена на разтвора, първо се поляризира при катоден потенциал (-1,3 V) за 5 минути преди да се тества потенциодинамичната поляризационна крива, за да се елиминира оксидният филм, образуван върху работната повърхност на пробата, и след това при потенциал на отворена верига от 1 h, докато напрежението на корозия не се установи.Скоростта на сканиране на поляризационната крива на динамичния потенциал беше настроена на 0,333 mV/s, а потенциалът на интервала на сканиране беше настроен на -0,3~1,2 V спрямо OCP.За да се гарантира точността на теста, същите условия на теста бяха повторени 3 пъти.
Софтуер за тестване на импедансния спектър – Versa Studio.Тестът първо беше проведен при постоянен потенциал на отворена верига, амплитудата на променливото напрежение на смущението беше настроена на 10 mV, а честотата на измерване беше настроена на 10–2–105 Hz.спектрални данни след тестване.
Процес на тестване на текущата времева крива: изберете различни потенциали на пасивиране според резултатите от кривата на анодната поляризация, измерете кривата It при постоянен потенциал и напаснете кривата на двойния логаритъм, за да изчислите наклона на напасната крива за анализ на филма.механизмът на образуване на пасивиращия филм.
След като напрежението на отворена верига се стабилизира, извършете тест на кривата на Мот-Шотки.Диапазон на сканиране на тестов потенциал 1,0~-1,0V (vS.Ag/AgCl), скорост на сканиране 20mV/s, тестова честота, зададена на 1000Hz, възбуждащ сигнал 5mV.
Използвайте рентгенова фотоелектронна спектроскопия (XPS) (ESCALAB 250Xi, Обединеното кралство), за да тествате състава и химичното състояние на повърхностния пасивиращ филм след образуването на филм 2205 DSS и да извършите обработка на пиковите стойности на данните от измерването с помощта на превъзходен софтуер.сравнени с бази данни от атомни спектри и свързана литература23 и калибрирани с помощта на C1s (284,8 eV).Морфологията на корозията и дълбочината на ямките върху пробите се характеризират с помощта на ултра-дълбок оптичен цифров микроскоп (Zeiss Smart Zoom5, Германия).
Пробата беше тествана при същия потенциал (-0,6142 V отн. Ag/AgCl) чрез метода на постоянния потенциал и кривата на корозионния ток беше записана с времето.Съгласно тестовия стандарт CPT, плътността на поляризационния ток постепенно се увеличава с повишаване на температурата.1 показва критичната температура на питинг на 2205 DSS в симулиран разтвор, съдържащ 100 g/L Cl– и наситен CO2.Вижда се, че при ниска температура на разтвора плътността на тока практически не се променя с увеличаване на времето за изпитване.И когато температурата на разтвора се повиши до определена стойност, плътността на тока се увеличи бързо, което показва, че скоростта на разтваряне на пасивиращия филм се увеличава с повишаването на температурата на разтвора.Когато температурата на твърдия разтвор се повиши от 2°C до около 67°C, плътността на поляризационния ток на 2205DSS се увеличава до 100µA/cm2, а средната критична температура на питинг на 2205DSS е 66,9°C, което е около 16,6°C по-висок от 2205DSS.стандартни 3,5 тегл.% NaCl (0,7 V) 26.Критичната температура на питинг зависи от приложения потенциал по време на измерването: колкото по-нисък е приложеният потенциал, толкова по-висока е измерената критична температура на питинг.
Питингова критична температурна крива на дуплексна неръждаема стомана 2205 в симулиран разтвор, съдържащ 100 g/L Cl– и наситен CO2.
На фиг.2 показва графиките на импеданса на променлив ток на 2205 DSS в симулирани разтвори, съдържащи 100 g/L Cl- и наситен CO2 при различни температури.Може да се види, че диаграмата на Найкуист на 2205DSS при различни температури се състои от високочестотни, средночестотни и нискочестотни дъги на съпротивление-капацитет, а дъгите на съпротивление-капацитет не са полукръгли.Радиусът на капацитивната дъга отразява стойността на съпротивлението на пасивиращия филм и стойността на съпротивлението на пренос на заряда по време на електродната реакция.Общоприето е, че колкото по-голям е радиусът на капацитивната дъга, толкова по-добра е устойчивостта на корозия на металния субстрат в разтвора27.При температура на разтвора 30 °C, радиусът на капацитивната дъга на диаграмата на Найкуист и фазовият ъгъл на диаграмата на импедансния модул |Z|Bode е най-високата, а 2205 DSS корозията е най-ниската.С повишаване на температурата на разтвора |Z|модулът на импеданса, радиусът на дъгата и съпротивлението на разтвора намаляват, освен това фазовият ъгъл също намалява от 79 Ω до 58 Ω в областта на междинната честота, показвайки широк пик и плътен вътрешен слой и рядък (порест) външен слой са основните характеристики на нехомогенен пасивен филм28.Следователно, когато температурата се повиши, пасивиращият филм, образуван върху повърхността на металния субстрат, се разтваря и се напуква, което отслабва защитните свойства на субстрата и влошава устойчивостта на корозия на материала29.
Използвайки софтуера ZSimDeme за напасване на данните от импедансния спектър, монтираната еквивалентна верига е показана на Фиг. 330, където Rs е симулираното съпротивление на разтвора, Q1 е капацитетът на филма, Rf е съпротивлението на генерирания пасивиращ филм, Q2 е двойното капацитет на слоя, а Rct е съпротивлението на пренос на заряд.От резултатите от напасването в табл.3 показва, че с повишаване на температурата на симулирания разтвор стойността на n1 намалява от 0.841 до 0.769, което показва увеличаване на празнината между двуслойните кондензатори и намаляване на плътността.Съпротивлението на пренос на заряд Rct постепенно намалява от 2.958 × 1014 до 2.541 × 103 Ω cm2, което показва постепенно намаляване на устойчивостта на корозия на материала.Съпротивлението на разтвора Rs намалява от 2,953 до 2,469 Ω cm2, а капацитетът Q2 на пасивиращия филм намалява от 5,430 10-4 до 1,147 10-3 Ω cm2, проводимостта на разтвора се увеличава, стабилността на пасивиращия филм намалява , и разтворът Cl-, SO42- и др.) в средата се увеличава, което ускорява разрушаването на пасивиращия филм31.Това води до намаляване на съпротивлението на филма Rf (от 4662 до 849 Ω cm2) и намаляване на поляризационното съпротивление Rp (Rct+Rf), образувано на повърхността на дуплексната неръждаема стомана.
Следователно температурата на разтвора влияе върху устойчивостта на корозия на DSS 2205. При ниска температура на разтвора възниква реакционен процес между катода и анода в присъствието на Fe2 +, което допринася за бързото разтваряне и корозията на анод, както и пасивирането на филма, образуван на повърхността, по-пълна и по-висока плътност, по-голямо съпротивление, пренос на заряд между разтворите, забавя разтварянето на металната матрица и проявява по-добра устойчивост на корозия.С повишаване на температурата на разтвора съпротивлението на пренос на заряд Rct намалява, скоростта на реакцията между йоните в разтвора се ускорява и скоростта на дифузия на агресивните йони се ускорява, така че първоначалните продукти на корозия отново се образуват на повърхността на субстрата от повърхността на металния субстрат.По-тънкият пасивиращ филм отслабва защитните свойства на основата.
На фиг.Фигура 4 показва поляризационните криви на динамичния потенциал на 2205 DSS в симулирани разтвори, съдържащи 100 g/L Cl– и наситен CO2 при различни температури.От фигурата може да се види, че когато потенциалът е в диапазона от -0,4 до 0,9 V, анодните криви при различни температури имат очевидни области на пасивация, а потенциалът за самокорозия е около -0,7 до -0,5 V. Тъй като плътността увеличава тока до 100 μA/cm233 анодната крива обикновено се нарича питинг потенциал (Eb или Etra).С повишаването на температурата интервалът на пасивация намалява, потенциалът за самокорозия намалява, плътността на корозионния ток има тенденция да се увеличава и поляризационната крива се измества надолу надясно, което показва, че филмът, образуван от DSS 2205 в симулирания разтвор, има активен дейност.съдържание на 100 g/l Cl– и наситен CO2, повишава чувствителността към точкова корозия, лесно се поврежда от агресивни йони, което води до повишена корозия на металната матрица и намаляване на устойчивостта на корозия.
Може да се види от таблица 4, че когато температурата се повиши от 30°C до 45°C, съответният потенциал за свръхпасивация намалява леко, но плътността на пасивиращия ток на съответния размер се увеличава значително, което показва, че защитата на пасивиращия филм под тези условията се увеличават с повишаване на температурата.Когато температурата достигне 60°C, съответният потенциал за питинг намалява значително и тази тенденция става по-очевидна с повишаването на температурата.Трябва да се отбележи, че при 75°C на фигурата се появява значителен преходен пик на тока, което показва наличието на метастабилна точкова корозия върху повърхността на пробата.
Следователно, с повишаване на температурата на разтвора, количеството кислород, разтворен в разтвора, намалява, стойността на рН на повърхността на филма намалява и стабилността на пасивиращия филм намалява.Освен това, колкото по-висока е температурата на разтвора, толкова по-висока е активността на агресивните йони в разтвора и толкова по-висока е степента на увреждане на повърхностния филмов слой на субстрата.Оксидите, образувани в слоя филм, лесно падат и реагират с катиони в слоя филм, за да образуват разтворими съединения, увеличавайки вероятността от питинг.Тъй като регенерираният филмов слой е относително хлабав, защитният ефект върху субстрата е слаб, което увеличава корозията на металния субстрат.Резултатите от изпитването на динамичния поляризационен потенциал са в съответствие с резултатите от импедансната спектроскопия.
На фиг.Фигура 5а показва It криви за 2205 DSS в моделен разтвор, съдържащ 100 g/L Cl– и наситен CO2.Плътността на пасивационния ток като функция на времето се получава след поляризация при различни температури в продължение на 1 час при потенциал от -300 mV (спрямо Ag/AgCl).Може да се види, че тенденцията на плътност на тока на пасивиране на 2205 DSS при същия потенциал и различни температури е по същество една и съща и тенденцията постепенно намалява с времето и има тенденция да бъде гладка.Тъй като температурата постепенно се повишава, плътността на тока на пасивиране на 2205 DSS се увеличава, което е в съответствие с резултатите от поляризацията, което също показва, че защитните характеристики на филмовия слой върху металния субстрат намаляват с повишаване на температурата на разтвора.
Потенциостатични поляризационни криви на 2205 DSS при същия потенциал за образуване на филм и различни температури.(a) Плътност на тока спрямо времето, (b) Логаритъм на растежа на пасивен филм.
Изследвайте връзката между плътността на тока на пасивиране и времето при различни температури за един и същ потенциал за образуване на филм, както е показано в (1)34:
Където i е плътността на пасивиращия ток при потенциала за образуване на филм, A/cm2.A е площта на работния електрод, cm2.K е наклонът на кривата, монтирана към него.t време, s
На фиг.5b показва logI и logt криви за 2205 DSS при различни температури при същия потенциал за образуване на филм.Според литературните данни,35 когато линията има наклон K = -1, филмовият слой, образуван върху повърхността на субстрата, е по-плътен и има по-добра устойчивост на корозия спрямо металния субстрат.И когато правата линия има наклон K = -0,5, филмовият слой, образуван на повърхността, е рохкав, съдържа много малки дупки и има слаба устойчивост на корозия към металната основа.Може да се види, че при 30 ° C, 45 ° C, 60 ° C и 75 ° C структурата на филмовия слой се променя от плътни пори към свободни пори в съответствие с избрания линеен наклон.Съгласно модела на точковия дефект (PDM)36,37 може да се види, че приложеният потенциал по време на теста не влияе на плътността на тока, което показва, че температурата влияе пряко върху измерването на плътността на анодния ток по време на теста, така че токът нараства с повишаване на температурата.разтвор и плътността на 2205 DSS се увеличава, а устойчивостта на корозия намалява.
Полупроводниковите свойства на тънкослойния слой, образуван върху DSS, влияят върху неговата устойчивост на корозия38, типът на полупроводника и плътността на носителя на тънкослойния слой влияят върху напукването и питинга на тънкослойния слой DSS39,40, където капацитетът C и E на потенциалният тънкослоен слой удовлетворява отношението MS, пространственият заряд на полупроводника се изчислява по следния начин:
Във формулата ε е диелектричната проницаемост на пасивиращия филм при стайна температура, равна на 1230, ε0 е вакуумната диелектрична проницаемост, равна на 8,85 × 10–14 F/cm, E е вторичният заряд (1,602 × 10–19 C) ;ND е плътността на n-тип полупроводникови донори, cm–3, NA е акцепторната плътност на p-тип полупроводник, cm–3, EFB е плоският потенциал, V, K е константата на Болцман, 1,38 × 10–3 .23 J/K, T – температура, K.
Наклонът и пресечната точка на монтираната линия могат да бъдат изчислени чрез монтиране на линейно разделяне към измерената MS крива, приложена концентрация (ND), приета концентрация (NA) и потенциал на плоска лента (Efb)42.
На фиг.6 показва кривата на Mott-Schottky на повърхностния слой на 2205 DSS филм, образуван в симулиран разтвор, съдържащ 100 g/l Cl- и наситен с CO2 при потенциал (-300 mV) за 1 час.Може да се види, че всички тънкослойни слоеве, образувани при различни температури, имат характеристиките на n+p-тип биполярни полупроводници.Полупроводникът от n-тип има селективност на анионите на разтвора, което може да попречи на катионите от неръждаема стомана да дифундират в разтвора през пасивиращия филм, докато полупроводникът от тип p има селективност на катиони, което може да попречи на корозивните аниони в разтвора да преминат през пасивация Филмът идва на повърхността на субстрата 26 .Може също да се види, че има плавен преход между двете напасващи криви, филмът е в състояние на плоска лента и потенциалът на плоската лента Efb може да се използва за определяне на позицията на енергийната лента на полупроводник и оценка на неговата електрохимична стабилност43..
Съгласно резултатите от напасването на MC кривата, показани в таблица 5, бяха изчислени изходящата концентрация (ND) и приемащата концентрация (NA) и потенциалът на плоската лента Efb 44 от същия порядък на величина.Плътността на приложения носещ ток характеризира главно точковите дефекти в слоя на пространствения заряд и потенциала на питинг на пасивиращия филм.Колкото по-висока е концентрацията на нанесения носител, толкова по-лесно се разрушава филмовият слой и по-висока е вероятността от корозия на субстрата45.В допълнение, с постепенно повишаване на температурата на разтвора, концентрацията на емитер на ND във филмовия слой се увеличава от 5,273 × 1020 cm-3 до 1,772 × 1022 cm-3, а концентрацията на NA гостоприемника се увеличава от 4,972 × 1021 до 4,592 ×1023.cm – както е показано на фиг.3, потенциалът на плоската лента се увеличава от 0,021 V до 0,753 V, броят на носителите в разтвора се увеличава, реакцията между йони в разтвора се засилва и стабилността на филмовия слой намалява.Тъй като температурата на разтвора се повишава, колкото по-малка е абсолютната стойност на наклона на апроксимиращата линия, толкова по-голяма е плътността на носителите в разтвора, толкова по-висока е скоростта на дифузия между йони и толкова по-голям е броят на йонните свободни места върху повърхността на филмовия слой., като по този начин намалява металния субстрат, стабилност и устойчивост на корозия 46,47.
Химическият състав на филма има значителен ефект върху стабилността на металните катиони и работата на полупроводниците, а промяната в температурата има важен ефект върху образуването на филм от неръждаема стомана.На фиг.Фигура 7 показва пълния XPS спектър на повърхностния слой на филм 2205 DSS в симулиран разтвор, съдържащ 100 g/L Cl– и наситен CO2.Основните елементи във филмите, образувани от чипове при различни температури, са основно едни и същи, а основните компоненти на филмите са Fe, Cr, Ni, Mo, O, N и C. Следователно основните компоненти на филмовия слой са Fe , Cr, Ni, Mo, O, N и C. Контейнер с Cr оксиди, Fe оксиди и хидроксиди и малко количество Ni и Mo оксиди.
Пълни XPS 2205 DSS спектри, взети при различни температури.а) 30°С, б) 45°С, в) 60°С, г) 75°С.
Основният състав на филма е свързан с термодинамичните свойства на съединенията в пасивиращия филм.Според енергията на свързване на основните елементи във филмовия слой, дадена в табл.6, може да се види, че характерните спектрални пикове на Cr2p3/2 са разделени на метални Cr0 (573,7 ± 0,2 eV), Cr2O3 (574,5 ± 0,3 eV) и Cr(OH)3 (575,4 ± 0,1 eV) като показано на фигура 8а, в която оксидът, образуван от елемента Cr, е основният компонент във филма, който играе важна роля в устойчивостта на корозия на филма и неговите електрохимични характеристики.Относителният пиков интензитет на Cr2O3 в слоя филм е по-висок от този на Cr(OH)3.Въпреки това, с повишаване на температурата на твърдия разтвор, относителният пик на Cr2O3 постепенно отслабва, докато относителният пик на Cr(OH)3 постепенно се увеличава, което показва очевидната трансформация на основния Cr3+ в слоя филм от Cr2O3 до Cr(OH) 3, и температурата на разтвора се повишава.
Енергията на свързване на пиковете на характерния спектър на Fe2p3/2 се състои главно от четири пика на металното състояние Fe0 (706,4 ± 0,2 eV), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 eV), FeO (709,5 ± 0,1 eV) и FeOOH (713,1 eV) ± 0.3 eV), както е показано на фиг. 8b, Fe присъства главно в образувания филм под формата на Fe2+ и Fe3+.Fe2+ от FeO доминира Fe(II) при по-ниски пикове на енергия на свързване, докато Fe3O4 и Fe(III) FeOOH съединения доминират при по-високи пикове на енергия на свързване48,49.Относителният интензитет на Fe3+ пика е по-висок от този на Fe2+, но относителният интензитет на Fe3+ пика намалява с повишаване на температурата на разтвора, а относителният интензитет на Fe2+ пика се увеличава, което показва промяна в основното вещество във филмовия слой от Fe3+ до Fe2+ за повишаване на температурата на разтвора.
Характерните спектрални пикове на Mo3d5/2 се състоят главно от две пикови позиции Mo3d5/2 и Mo3d3/243.50, докато Mo3d5/2 включва метален Mo (227.5 ± 0.3 eV), Mo4+ (228.9 ± 0.2 eV) и Mo6+ (229.4 ± 0.3 eV ), докато Mo3d3/2 също съдържа метален Mo (230,4 ± 0,1 eV), Mo4+ (231,5 ± 0,2 eV) и Mo6+ (232, 8 ± 0,1 eV), както е показано на фигура 8c, така че елементите Mo съществуват в над три валентности състояние на филмовия слой.Енергиите на свързване на характерните спектрални пикове на Ni2p3/2 се състоят от Ni0 (852.4 ± 0.2 eV) и NiO (854.1 ± 0.2 eV), както е показано съответно на Фиг. 8g.Характерният пик на N1s се състои от N (399.6 ± 0.3 eV), както е показано на фиг. 8d.Характерните пикове на O1s включват O2- (529,7 ± 0,2 eV), OH- (531,2 ± 0,2 eV) и H2O (531,8 ± 0,3 eV), както е показано на фиг. Основните компоненти на филмовия слой са (OH- и O2 -) , които се използват главно за окисление или водородно окисление на Cr и Fe в слоя филм.Относителният пиков интензитет на OH- се увеличава значително с повишаване на температурата от 30°C до 75°C.Следователно, с повишаване на температурата, основният материален състав на O2- във филмовия слой се променя от O2- на OH- и O2-.
На фиг.Фигура 9 показва морфологията на микроскопичната повърхност на проба 2205 DSS след динамична поляризация на потенциала в моделен разтвор, съдържащ 100 g/L Cl– и наситен CO2.Може да се види, че на повърхността на пробите, поляризирани при различни температури, има корозионни ями с различна степен, това се случва в разтвор на агресивни йони, а с повишаване на температурата на разтвора възниква по-сериозна корозия на повърхността на пробите.субстрат.Увеличава се броят на питинговите ями на единица площ и дълбочината на центровете на корозия.
Криви на корозия на 2205 DSS в моделни разтвори, съдържащи 100 g/l Cl– и наситен CO2 при различни температури (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c .
Следователно повишаването на температурата ще повиши активността на всеки компонент на DSS, както и ще повиши активността на агресивните йони в агресивна среда, причинявайки известна степен на увреждане на повърхността на пробата, което ще увеличи питинговата активност., и образуването на корозионни ями ще се увеличи.Скоростта на образуване на продукта ще се увеличи и устойчивостта на корозия на материала ще намалее51,52,53,54,55.
На фиг.10 показва морфологията и дълбочината на питинг на проба 2205 DSS, поляризирана с оптичен дигитален микроскоп със свръхвисока дълбочина на полето.От фиг.10а показва, че по-малки корозионни ями също се появяват около големи ями, което показва, че пасивиращият филм върху повърхността на пробата е частично разрушен с образуването на корозионни ями при дадена плътност на тока, а максималната дълбочина на питинг е 12,9 µm.както е показано на фигура 10b.
DSS показва по-добра устойчивост на корозия, основната причина е, че филмът, образуван върху повърхността на стоманата, е добре защитен в разтвор, Mott-Schottky, според горните резултати от XPS и свързаната литература 13,56,57,58, филмът основно преминава през следното Това е процесът на окисляване на Fe и Cr.
Fe2+ лесно се разтваря и се утаява на интерфейса 53 между филма и разтвора, а процесът на катодна реакция е както следва:
В корозирало състояние се образува двуслоен структурен филм, който се състои главно от вътрешен слой от железни и хромни оксиди и външен хидроксиден слой, а йони обикновено растат в порите на филма.Химическият състав на пасивиращия филм е свързан с неговите полупроводникови свойства, както се вижда от кривата на Мот-Шотки, което показва, че съставът на пасивиращия филм е n+p-тип и има биполярни характеристики.Резултатите от XPS показват, че външният слой на пасивиращия филм е съставен главно от Fe оксиди и хидроксиди, проявяващи n-тип полупроводникови свойства, а вътрешният слой е съставен главно от Cr оксиди и хидроксиди, проявяващи p-тип полупроводникови свойства.
2205 DSS има високо съпротивление поради високото си съдържание на Cr17.54 и проявява различна степен на хлътване поради микроскопична галванична корозия55 между дуплексните структури.Точковата корозия е един от най-често срещаните видове корозия в DSS, а температурата е един от важните фактори, влияещи върху поведението на точковата корозия и оказва влияние върху термодинамичните и кинетичните процеси на DSS реакцията60,61.Обикновено, в симулиран разтвор с висока концентрация на Cl– и наситен CO2, температурата също влияе върху образуването на питинг и започването на пукнатини по време на напукване от корозия под напрежение под напукване от корозия под напрежение и критичната температура на питинг се определя, за да се оцени устойчивостта на корозия.DSS.Материалът, който отразява чувствителността на металната матрица към температурата, обикновено се използва като важна референция при избора на материал в инженерните приложения.Средната критична температура на питинг на 2205 DSS в симулирания разтвор е 66,9°C, което е с 25,6°C по-висока от тази на неръждаема стомана Super 13Cr с 3,5% NaCl, но максималната дълбочина на питинг достига 12,9 µm62.Електрохимичните резултати допълнително потвърдиха, че хоризонталните области на фазовия ъгъл и честотата се стесняват с повишаване на температурата и тъй като фазовият ъгъл намалява от 79° до 58°, стойността на |Z|намалява от 1,26×104 до 1,58×103 Ω cm2.съпротивлението на пренос на заряд Rct намаля от 2,958 1014 до 2,541 103 Ω cm2, съпротивлението на разтвор Rs намаля от 2,953 на 2,469 Ω cm2, съпротивлението на филма Rf намаля от 5,430 10-4 cm2 до 1,147 10-3 cm2.Проводимостта на агресивния разтвор се увеличава, стабилността на слоя метален матричен филм намалява, той се разтваря и лесно се напуква.Плътността на тока на самокорозия се увеличи от 1,482 на 2,893×10-6 A cm-2, а потенциалът на самокорозия намаля от -0,532 на -0,621V.Може да се види, че промяната в температурата влияе върху целостта и плътността на филмовия слой.
Напротив, висока концентрация на Cl- и наситен разтвор на CO2 постепенно увеличават адсорбционния капацитет на Cl- върху повърхността на пасивиращия филм с повишаване на температурата, стабилността на пасивиращия филм става нестабилна и защитният ефект върху субстратът става по-слаб и податливостта към хлътване се увеличава.В този случай активността на корозивните йони в разтвора се увеличава, съдържанието на кислород намалява и повърхностният филм на корозиралия материал трудно се възстановява бързо, което създава по-благоприятни условия за по-нататъшна адсорбция на корозивни йони на повърхността.Намаляване на материала63.Робинсън и др.[64] показаха, че с повишаване на температурата на разтвора скоростта на растеж на ямките се ускорява и скоростта на дифузия на йони в разтвора също се увеличава.Когато температурата се повиши до 65 °C, разтварянето на кислород в разтвор, съдържащ Cl- йони, забавя процеса на катодна реакция, скоростта на питинг се намалява.Han20 изследва ефекта на температурата върху корозионното поведение на дуплексна неръждаема стомана 2205 в среда на CO2.Резултатите показват, че повишаването на температурата увеличава количеството на корозионните продукти и площта на кухините при свиване на повърхността на материала.По същия начин, когато температурата се повиши до 150°C, оксидният филм на повърхността се разпада и плътността на кратерите е най-висока.Lu4 изследва ефекта на температурата върху корозионното поведение на дуплексна неръждаема стомана 2205 от пасивиране до активиране в геотермална среда, съдържаща CO2.Техните резултати показват, че при температура на изпитване под 150 °C образуваният филм има характерна аморфна структура, а вътрешната повърхност съдържа богат на никел слой, а при температура от 300 °C полученият корозионен продукт има наномащабна структура .-поликристален FeCr2O4, CrOOH и NiFe2O4.
На фиг.11 е диаграма на процеса на корозия и образуване на филм на 2205 DSS.Преди употреба 2205 DSS образува пасивиращ филм в атмосферата.След потапяне в среда, която симулира разтвор, съдържащ разтвори с високо съдържание на Cl- и CO2, повърхността му бързо се заобикаля от различни агресивни йони (Cl-, CO32- и др.).).J. Banas 65 стигна до заключението, че в среда, в която едновременно присъства CO2, стабилността на пасивиращия филм върху повърхността на материала ще намалее с времето и образуваната въглеродна киселина има тенденция да повишава проводимостта на йоните в пасивиращия слой.филм и ускоряване на разтварянето на йони в пасивиращ филм.пасивиращ филм.По този начин, филмовият слой върху повърхността на пробата е в етап на динамично равновесие на разтваряне и повторно пасивиране66, Cl- намалява скоростта на образуване на повърхностния филмов слой и малки вдлъбнатини се появяват върху съседната област на повърхността на филма, като показано на фигура 3. Покажете.Както е показано на фигура 11a и b, малки нестабилни корозионни ями се появяват едновременно.С повишаването на температурата активността на корозивните йони в разтвор върху филмовия слой се увеличава и дълбочината на малките нестабилни вдлъбнатини се увеличава, докато филмовият слой бъде напълно проникнат от прозрачния, както е показано на Фигура 11c.С по-нататъшно повишаване на температурата на разтварящата среда съдържанието на разтворен CO2 в разтвора се ускорява, което води до намаляване на стойността на рН на разтвора, увеличаване на плътността на най-малките нестабилни корозионни ями на повърхността на SPP дълбочината на първоначалните корозионни вдлъбнатини се разширява и задълбочава, а пасивиращият филм върху повърхността на пробата С намаляването на дебелината пасивиращият филм става по-податлив на вдлъбнатини, както е показано на фигура 11d.А електрохимичните резултати допълнително потвърдиха, че промяната в температурата има известен ефект върху целостта и плътността на филма.Така може да се види, че корозията в разтвори, наситени с CO2, съдържащи високи концентрации на Cl-, е значително различна от корозията в разтвори, съдържащи ниски концентрации на Cl-67,68.
Корозионен процес 2205 DSS с образуване и разрушаване на нов филм.(a) Процес 1, (b) Процес 2, (c) Процес 3, (d) Процес 4.
Средната критична температура на питинг на 2205 DSS в симулиран разтвор, съдържащ 100 g/l Cl– и наситен CO2, е 66,9 ℃, а максималната дълбочина на питинг е 12,9 µm, което намалява устойчивостта на корозия на 2205 DSS и повишава чувствителността към питинг.повишаване на температурата.
Време на публикуване: 16 февруари 2023 г