Täname, et külastasite veebisaiti Nature.com.Kasutate piiratud CSS-i toega brauseri versiooni.Parima kasutuskogemuse saamiseks soovitame kasutada uuendatud brauserit (või keelata Internet Exploreris ühilduvusrežiim).Lisaks näitame pideva toe tagamiseks saiti ilma stiilide ja JavaScriptita.
Kuvab korraga kolmest slaidist koosneva karusselli.Korraga kolme slaidi vahel liikumiseks kasutage nuppe Eelmine ja Järgmine või kolme slaidi vahel liikumiseks kasutage lõpus olevaid liugurinuppe.
Duplex 2205 roostevaba teras (DSS) on oma tüüpilise dupleksstruktuuri tõttu hea korrosioonikindlusega, kuid üha karmimaks muutuv CO2-sisaldusega nafta- ja gaasikeskkond põhjustab erineva raskusastmega korrosiooni, eriti korrosiooni, mis ohustab tõsiselt nafta ja looduslike materjalide ohutust ja töökindlust. gaasirakendused.gaasi arendamine.Selles töös kasutatakse keelekümblustesti ja elektrokeemilist testi koos laserkonfokaalse mikroskoopia ja röntgenfotoelektronspektroskoopiaga.Tulemused näitasid, et 2205 DSS-i keskmine kriitiline temperatuur oli 66,9 °C.Kui temperatuur on kõrgem kui 66,9 ℃, väheneb punktide purunemise potentsiaal, passiveerimisintervall ja isesorrosioonipotentsiaal, suurendatakse passiveerimisvoolu tihedust ja suurendatakse punktide tekitamise tundlikkust.Temperatuuri edasise tõusuga väheneb mahtuvusliku kaare 2205 DSS raadius, järk-järgult väheneb pinnatakistus ja laengu ülekandetakistus ning doonor- ja aktseptorikandjate tihedus n + p-bipolaarsete omadustega toote kilekihis. suureneb, Cr-oksiidide sisaldus kile sisemises kihis väheneb, Fe-oksiidide sisaldus väliskihis suureneb, kilekihi lahustuvus suureneb, stabiilsus väheneb, süvendite arv ja pooride suurus suureneb.
Kiire majandusliku ja sotsiaalse arengu ning sotsiaalse progressi kontekstis kasvab nõudlus nafta- ja gaasiressursside järele jätkuvalt, sundides nafta ja gaasi arengut järk-järgult nihkuma edela- ja avamerealadele, kus on raskemad tingimused ja keskkond, mistõttu aukude torud muutuvad üha karmimaks..Halvenemine 1,2,3.Nafta- ja gaasiuuringute valdkonnas, kui toodetava vedeliku CO2 4 ning soolsuse ja kloorisisalduse suurenemine 5, 6, on tavaline 7 süsinikterasest toru tõsine korrosioon, isegi kui torujuhtmesse pumbatakse korrosiooniinhibiitoreid, korrosiooni ei saa tõhusalt tõrjuda teras ei vasta enam pikaajalise töö nõuetele karmis söövitavas CO28,9,10 keskkonnas.Teadlased pöördusid parema korrosioonikindlusega dupleksroostevaba terase (DSS) poole.2205 DSS, ferriidi ja austeniidi sisaldus terases on umbes 50%, sellel on suurepärased mehaanilised omadused ja korrosioonikindlus, pinna passiveerimiskile on tihe, suurepärase ühtlase korrosioonikindlusega, hind on madalam kui niklipõhistel sulamitel 11 , 12. Seega kasutatakse 2205 DSS-i tavaliselt surveanumana söövitavas keskkonnas, õlipuurkaevude korpust söövitavas CO2 keskkonnas, veejahutit avamere nafta- ja keemiaväljade kondensatsioonisüsteemis 13, 14, 15, kuid 2205 DSS-il võib olla ka söövitav perforatsioon. teenistuses.
Praegu on nii riigis kui ka välismaal läbi viidud palju CO2- ja Cl-korrosiooni 2205 DSS uuringuid [16,17,18].Ebrahimi19 leidis, et kaaliumdikromaadi soola lisamine NaCl lahusele võib pärssida 2205 DSS-i täppide moodustumist ja kaaliumdikromaadi kontsentratsiooni suurendamine tõstab 2205 DSS-i täppide tekke kriitilist temperatuuri.2205 DSS-i punktide tekitamise potentsiaal aga suureneb, kuna kaaliumdikromaadile lisatakse teatud kontsentratsioonis NaCl, ja väheneb NaCl kontsentratsiooni suurenedes.Han20 näitab, et temperatuuril 30 kuni 120 °C on 2205 DSS passiveeriva kile struktuur Cr2O3 sisemise kihi, FeO väliskihi ja rikka Cr segu;kui temperatuur tõuseb 150 °C-ni, passivatsioonikile lahustub., muutub sisemine struktuur Cr2O3-ks ja Cr(OH)3-ks ning välimine kiht Fe(II,III)oksiidiks ja Fe(III)hüdroksiidiks.Peguet21 leidis, et S2205 roostevaba terase statsionaarne täppide moodustumine NaCl lahuses ei toimu tavaliselt mitte alla kriitilise punktide tekke temperatuuri (CPT), vaid transformatsioonitemperatuuri vahemikus (TTI).Thiadi22 järeldas, et NaCl kontsentratsiooni kasvades väheneb oluliselt S2205 DSS korrosioonikindlus ning mida negatiivsem on rakendatud potentsiaal, seda halvem on materjali korrosioonikindlus.
Selles artiklis kasutati dünaamilise potentsiaali skaneerimist, impedantsi spektroskoopiat, konstantset potentsiaali, Mott-Schottky kõverat ja optilist elektronmikroskoopiat, et uurida kõrge soolsuse, kõrge Cl-kontsentratsiooni ja temperatuuri mõju 2205 DSS korrosioonikäitumisele.ja fotoelektronspektroskoopia, mis annab teoreetilise aluse 2205 DSS-i ohutuks tööks CO2 sisaldavas nafta- ja gaasikeskkonnas.
Katsematerjal valitakse lahusega töödeldud terasest 2205 DSS (terase mark 110ksi) ja peamine keemiline koostis on näidatud tabelis 1.
Elektrokeemilise proovi suurus on 10 mm × 10 mm × 5 mm, see puhastatakse atsetooniga õli ja absoluutse etanooli eemaldamiseks ning kuivatatakse.Katsekeha tagakülg on joodetud sobiva pikkusega vasktraadi ühendamiseks.Pärast keevitamist kontrollige keevitatud katsekeha elektrijuhtivust multimeetriga (VC9801A) ja seejärel tihendage mittetöötav pind epoksiidiga.Kasutage 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# ränikarbiidist vesiliivapaberit, et poleerida poleermasina tööpind 0,25 um poleerimisvahendiga kuni pinna kareduseni Ra≤1,6 um, ning lõpuks puhastada ja panna termostaati. .
Kasutati Pristoni (P4000A) elektrokeemilist tööjaama kolme elektroodi süsteemiga.Abielektroodina kasutati plaatina elektroodi (Pt) pindalaga 1 cm2, tööelektroodina kasutati DSS 2205 (pindalaga 1 cm2) ja võrdluselektroodi (Ag/AgCl). kasutatud.Testis kasutatud mudellahus valmistati vastavalt (tabel 2).Enne testi lasti 1 tund läbi kõrge puhtusastmega N2 lahust (99,99%) ja seejärel 30 minutit CO2, et lahus deoksüdeerida.ja CO2 lahuses oli alati küllastunud olekus.
Esmalt asetage proov uuritavat lahust sisaldavasse paaki ja asetage see püsiva temperatuuriga veevanni.Algne seadistustemperatuur on 2 °C ja temperatuuri tõusu juhitakse kiirusega 1 °C/min ning temperatuurivahemikku juhitakse.temperatuuril 2-80 °C.Celsiuse järgi.Katse algab konstantse potentsiaaliga (-0,6142 Vs.Ag/AgCl) ja katsekõver on It kõver.Kriitilise süvendite temperatuuri katsestandardi kohaselt saab It-kõvera teada.Temperatuuri, mille juures voolutihedus tõuseb 100 μA/cm2-ni, nimetatakse kriitiliseks punktide tekke temperatuuriks.Keskmine kriitiline temperatuur aukude tekkeks on 66,9 °C.Polarisatsioonikõvera ja impedantsi spektri katsetemperatuurideks valiti vastavalt 30 °C, 45 °C, 60 °C ja 75 °C ning võimalike kõrvalekallete vähendamiseks korrati katset kolm korda samadel proovivõtutingimustel.
Lahusega eksponeeritud metalliproovi polariseeriti kõigepealt katoodipotentsiaalil (-1,3 V) 5 minutit enne potentsiodünaamilise polarisatsioonikõvera testimist, et kõrvaldada proovi tööpinnale moodustunud oksiidkile, ja seejärel avatud ahela potentsiaalil 1 h, kuni korrosioonipinget ei tuvastata.Dünaamilise potentsiaali polarisatsioonikõvera skaneerimiskiiruseks määrati 0,333 mV/s ja skaneerimisintervalli potentsiaaliks -0,3 ~ 1,2 V vs. OCP.Testi täpsuse tagamiseks korrati samu katsetingimusi 3 korda.
Impedantsi spektri testimise tarkvara – Versa Studio.Katse viidi esmalt läbi ühtlase avatud ahela potentsiaali juures, vahelduvhäirepinge amplituudiks määrati 10 mV ja mõõtmissageduseks 10–2–105 Hz.spektriandmed pärast testimist.
Praeguse ajakõvera testimise protsess: valige erinevad passiveerimispotentsiaalid vastavalt anoodpolarisatsioonikõvera tulemustele, mõõtke It-kõver konstantse potentsiaali juures ja sobitage topeltlogaritmi kõver, et arvutada sobitatud kõvera kaldenurk kile analüüsi jaoks.passiveeriva kile moodustumise mehhanism.
Pärast avatud ahela pinge stabiliseerumist tehke Mott-Schottky kõvera test.Testimispotentsiaali skaneerimisvahemik 1,0~-1,0V (vS.Ag/AgCl), skaneerimiskiirus 20mV/s, testimissagedus seatud 1000Hz, ergastussignaal 5mV.
Kasutage röntgenfotoelektronspektroskoopiat (XPS) (ESCALAB 250Xi, UK), et pihustustestida pinna passiveerimiskile koostist ja keemilist olekut pärast 2205 DSS-kile moodustumist ning teostada mõõtmisandmete piikide sobivuse töötlemine, kasutades paremat tarkvara.võrreldi aatomispektrite andmebaasidega ja sellega seotud kirjandusega23 ning kalibreeriti C1s (284,8 eV) abil.Korrosiooni morfoloogiat ja proovide süvendite sügavust iseloomustati ultra-sügava optilise digitaalse mikroskoobi abil (Zeiss Smart Zoom5, Saksamaa).
Proovi testiti sama potentsiaaliga (-0,6142 V rel. Ag/AgCl) konstantse potentsiaali meetodil ja korrosioonivoolu kõver registreeriti ajas.CPT katsestandardi kohaselt suureneb polarisatsioonivoolu tihedus temperatuuri tõustes järk-järgult.1 näitab 2205 DSS kriitilist punktide tekke temperatuuri simuleeritud lahuses, mis sisaldab 100 g/l Cl– ja küllastunud CO2.On näha, et lahuse madalal temperatuuril voolutihedus katseaja suurenedes praktiliselt ei muutu.Ja kui lahuse temperatuur tõusis teatud väärtuseni, suurenes voolutihedus kiiresti, mis näitab, et passiveeriva kile lahustumiskiirus suurenes koos lahuse temperatuuri tõusuga.Kui tahke lahuse temperatuuri tõstetakse 2 °C-lt umbes 67 °C-ni, suureneb 2205DSS-i polarisatsioonivoolutihedus 100 µA/cm2-ni ja 2205DSS-i keskmine kriitiline punktide temperatuur on 66,9 °C, mis on umbes 16,6 °C. kõrgem kui 2205DSS.standardne 3,5 kaal% NaCl (0,7 V)26.Kriitiline punktide tekke temperatuur sõltub rakendatud potentsiaalist mõõtmise ajal: mida madalam on rakendatud potentsiaal, seda kõrgem on mõõdetud kriitiline punktide tekke temperatuur.
Punktide kriitiline temperatuurikõver 2205 dupleksroostevabast terasest simuleeritud lahuses, mis sisaldab 100 g/l Cl– ja küllastunud CO2.
Joonisel fig.Joonisel 2 on kujutatud 2205 DSS vahelduvvoolu impedantsi graafikud simuleeritud lahustes, mis sisaldavad 100 g/l Cl- ja küllastunud CO2 erinevatel temperatuuridel.On näha, et 2205DSS-i Nyquisti diagramm erinevatel temperatuuridel koosneb kõrg-, kesk- ja madalsageduslikest takistus-mahtuvuskaaredest ning takistus-mahtuvuskaared ei ole poolringikujulised.Mahtuvusliku kaare raadius peegeldab passiveeriva kile takistuse väärtust ja laengu ülekandetakistuse väärtust elektroodi reaktsiooni ajal.Üldtunnustatud seisukoht on, et mida suurem on mahtuvusliku kaare raadius, seda parem on metallist aluspinna korrosioonikindlus lahuses27.Lahuse temperatuuril 30 °C on mahtuvusliku kaare raadius Nyquisti diagrammil ja faasinurk impedantsi mooduli diagrammil |Z|Bode on kõrgeim ja 2205 DSS korrosioon madalaim.Lahuse temperatuuri tõustes |Z|impedantsi moodul, kaare raadius ja lahendustakistus vähenevad, lisaks väheneb ka faasinurk 79 Ω-lt 58 Ω-ni vahesageduspiirkonnas, mis näitab laia piiki ja tihedat sisekihti ja hõredat (poorset) väliskihti. ebahomogeense passiivfilmi tunnused28.Seetõttu lahustub temperatuuri tõustes metallist aluspinna pinnale tekkinud passiveeriv kile ja praguneb, mis nõrgendab aluspinna kaitseomadusi ja halvendab materjali korrosioonikindlust29.
Kasutades ZSimDeme tarkvara impedantsi spektri andmete sobitamiseks, on paigaldatud ekvivalentahel näidatud joonisel 330, kus Rs on simuleeritud lahuse takistus, Q1 on kile mahtuvus, Rf on genereeritud passiveeriva kile takistus, Q2 on topelt kihi mahtuvus ja Rct on laengu ülekandetakistus.Tabelisse sobitamise tulemustest.3 näitab, et simuleeritud lahuse temperatuuri tõustes väheneb n1 väärtus 0,841-lt 0,769-le, mis näitab kahekihiliste kondensaatorite vahe suurenemist ja tiheduse vähenemist.Laengu ülekandetakistus Rct vähenes järk-järgult 2,958×1014-lt 2,541×103 Ω cm2-le, mis viitas materjali korrosioonikindluse järkjärgulisele vähenemisele.Lahuse takistus Rs vähenes 2,953-lt 2,469 Ω cm2-le ja passiveeriva kile mahtuvus Q2 vähenes 5,430 10-4-lt 1,147 10-3 Ω cm2-le, lahuse juhtivus suurenes, passiveeriva kile stabiilsus vähenes. , ja lahus Cl-, SO42- jne) söötmes suureneb, mis kiirendab passiveeriva kile hävimist31.See toob kaasa kile takistuse Rf vähenemise (4662-lt 849 Ω cm2-le) ja dupleksroostevaba terase pinnale tekkiva polarisatsioonitakistuse Rp (Rct+Rf) vähenemisele.
Seetõttu mõjutab lahuse temperatuur DSS 2205 korrosioonikindlust. Lahuse madalal temperatuuril toimub katoodi ja anoodi vahel Fe2 + juuresolekul reaktsioon, mis aitab kaasa lahuse kiirele lahustumisele ja korrosioonile. anood, samuti pinnale moodustunud kile passiveerimine, täielikum ja suurem tihedus, suurem takistuse laenguülekanne lahuste vahel, aeglustab metallmaatriksi lahustumist ja on parema korrosioonikindlusega.Lahuse temperatuuri tõustes väheneb vastupidavus laengu ülekandele Rct, ioonide vaheline reaktsioonikiirus lahuses kiireneb ja agressiivsete ioonide difusioonikiirus kiireneb, nii et algsed korrosiooniproduktid tekivad uuesti lahuse pinnale. substraat metallsubstraadi pinnalt.Õhem passiveeriv kile nõrgendab aluspinna kaitseomadusi.
Joonisel fig.Joonisel 4 on näidatud 2205 DSS dünaamilise potentsiaalse polarisatsiooni kõverad simuleeritud lahustes, mis sisaldavad 100 g/l Cl– ja küllastunud CO2 erinevatel temperatuuridel.Jooniselt on näha, et kui potentsiaal on vahemikus -0,4 kuni 0,9 V, on anoodikõveratel erinevatel temperatuuridel ilmsed passivatsioonipiirkonnad ja isekorrosioonipotentsiaal on umbes -0,7 kuni -0,5 V. tihedus suurendab voolu kuni 100 μA/cm233 anoodikõverat nimetatakse tavaliselt täppispotentsiaaliks (Eb või Etra).Temperatuuri tõustes passiveerimisintervall väheneb, isekorrosioonipotentsiaal väheneb, korrosioonivoolu tihedus kipub suurenema ja polarisatsioonikõver nihkub alla paremale, mis näitab, et simuleeritud lahenduses DSS 2205 poolt moodustatud kilel on aktiivne. tegevust.sisaldus 100 g/l Cl– ja küllastunud CO2, suurendab tundlikkust punktkorrosiooni suhtes, on kergesti kahjustatud agressiivsete ioonide poolt, mis toob kaasa metallmaatriksi korrosiooni suurenemise ja korrosioonikindluse vähenemise.
Tabelist 4 on näha, et kui temperatuur tõuseb 30°C-lt 45°C-le, siis vastav ülepassiveerimispotentsiaal veidi väheneb, kuid vastava suurusega passiveerimisvoolutihedus suureneb oluliselt, mis näitab, et passiveeriva kile kaitse nende all. tingimused suurenevad temperatuuri tõustes.Kui temperatuur jõuab 60 °C-ni, väheneb vastav süvendite potentsiaal oluliselt ja see suundumus muutub temperatuuri tõustes selgemaks.Tuleb märkida, et 75 °C juures ilmub joonisel märkimisväärne siirdevoolu tipp, mis näitab metastabiilse punktkorrosiooni olemasolu proovi pinnal.
Seetõttu väheneb lahuse temperatuuri tõusuga lahuses lahustunud hapniku hulk, kilepinna pH väärtus ja passiveeriva kile stabiilsus.Lisaks, mida kõrgem on lahuse temperatuur, seda suurem on agressiivsete ioonide aktiivsus lahuses ja seda suurem on substraadi pinnakihi kahjustuse määr.Kilekihis moodustunud oksiidid pudenevad kergesti maha ja reageerivad kilekihis olevate katioonidega, moodustades lahustuvaid ühendeid, suurendades täppide tekke tõenäosust.Kuna regenereeritud kilekiht on suhteliselt lahtine, on aluspinna kaitsev toime madal, mis suurendab metallsubstraadi korrosiooni.Dünaamilise polarisatsioonipotentsiaali testi tulemused on kooskõlas impedantsspektroskoopia tulemustega.
Joonisel fig.Joonisel 5a on näidatud 2205 DSS-i It kõverad mudellahuses, mis sisaldab 100 g/l Cl– ja küllastunud CO2.Passiveerimisvoolu tihedus aja funktsioonina saadi pärast polariseerimist erinevatel temperatuuridel 1 h potentsiaalil -300 mV (Ag/AgCl suhtes).On näha, et 2205 DSS passiveerimisvoolutiheduse trend sama potentsiaali ja erinevate temperatuuride juures on põhimõtteliselt sama ning trend aja jooksul järk-järgult väheneb ja kipub olema ühtlane.Kui temperatuur järk-järgult tõusis, suurenes 2205 DSS passiveerimisvoolu tihedus, mis oli kooskõlas polarisatsiooni tulemustega, mis samuti näitas, et metallist aluspinnal oleva kilekihi kaitseomadused vähenesid lahuse temperatuuri tõustes.
2205 DSS potentsiostaatilised polarisatsioonikõverad sama kile moodustumise potentsiaali ja erinevate temperatuuride juures.(a) Voolutihedus versus aeg, (b) Passiivse kile kasvu logaritm.
Uurige passiveerimisvoolu tiheduse ja aja vahelist seost erinevatel temperatuuridel sama kile moodustumise potentsiaali korral, nagu on näidatud punktis (1)34:
Kus i on passiveerimisvoolu tihedus kile moodustumise potentsiaali juures, A/cm2.A on tööelektroodi pindala, cm2.K on sellele sobitatud kõvera kalle.t aeg, s
Joonisel fig.Joonis 5b näitab logI ja logt kõveraid 2205 DSS jaoks erinevatel temperatuuridel sama kile moodustumise potentsiaali juures.Kirjanduse andmetel35 on joone kalde K = -1 korral aluspinna pinnale moodustunud kilekiht tihedam ja parema korrosioonikindlusega metallaluse suhtes.Ja kui sirgjoone kalded K = -0,5, on pinnale moodustunud kilekiht lahti, sisaldab palju väikeseid auke ja metallist aluspinnale on halb korrosioonikindlus.On näha, et 30°C, 45°C, 60°C ja 75°C juures muutub kilekihi struktuur tihedatest pooridest lahtisteks poorideks vastavalt valitud lineaarsele kaldele.Punktdefekti mudeli (PDM) 36,37 järgi on näha, et katse ajal rakendatud potentsiaal ei mõjuta voolutihedust, mis näitab, et temperatuur mõjutab otseselt anoodi voolutiheduse mõõtmist katse ajal, seega voolutugevus. suureneb temperatuuri tõustes.lahusega ja 2205 DSS tihedus suureneb ja korrosioonikindlus väheneb.
DSS-ile moodustunud õhukese kilekihi pooljuhtomadused mõjutavad selle korrosioonikindlust38, pooljuhi tüüp ja õhukese kilekihi kande tihedus mõjutavad õhukese kilekihi DSS39,40 pragunemist ja täppide tekkimist, kus mahtuvus C ja E potentsiaalne õhuke kiht rahuldab seost MS, pooljuhi ruumilaeng arvutatakse järgmiselt:
Valemis on ε passiveeriva kile läbilaskvus toatemperatuuril, võrdne 1230, ε0 on vaakumi läbilaskvus, võrdne 8,85 × 10–14 F/cm, E on sekundaarlaeng (1,602 × 10–19 C) ;ND on n-tüüpi pooljuhtide doonorite tihedus cm–3, NA on p-tüüpi pooljuhtide aktseptori tihedus, cm–3, EFB on lameriba potentsiaal, V, K on Boltzmanni konstant, 1,38 × 10–3 .23 J/K, T – temperatuur, K.
Sobitatud joone kalde ja lõikepunkti saab arvutada, sobitades mõõdetud MS kõvera lineaarse eraldusjoone, rakendatud kontsentratsiooni (ND), aktsepteeritud kontsentratsiooni (NA) ja lameriba potentsiaali (Efb)42.
Joonisel fig.6 on kujutatud 2205 DSS-kile pinnakihi Mott-Schottky kõverat, mis on moodustatud simuleeritud lahuses, mis sisaldab 100 g/l Cl- ja küllastunud CO2-ga potentsiaalil (-300 mV) 1 tund.On näha, et kõigil erinevatel temperatuuridel tekkinud õhukesekilekihtidel on n+p-tüüpi bipolaarsete pooljuhtide omadused.n-tüüpi pooljuhil on lahuse anioonide selektiivsus, mis võib takistada roostevabast terasest katioonide difundeerumist lahusesse läbi passiveerimiskile, samas kui p-tüüpi pooljuhil on katioonide selektiivsus, mis võib takistada lahuses olevate söövitavate anioonide passiveerimise ristumist. välja substraadi pinnale 26 .Samuti on näha, et kahe sobituskõvera vahel toimub sujuv üleminek, kile on lameriba olekus ja lameriba potentsiaali Efb saab kasutada pooljuhi energiariba asukoha määramiseks ja selle elektrokeemiliste omaduste hindamiseks. stabiilsus 43..
Tabelis 5 näidatud MC kõvera sobitamise tulemuste kohaselt arvutati välja väljuv kontsentratsioon (ND) ja vastuvõtukontsentratsioon (NA) ning tasapinnaline potentsiaal Efb 44 samas suurusjärgus.Rakendatud kandevoolu tihedus iseloomustab peamiselt ruumilaengu kihi punktdefekte ja passiveeriva kile täppispotentsiaali.Mida suurem on kantava kandja kontsentratsioon, seda kergemini kilekiht puruneb ja seda suurem on aluspinna korrosiooni tõenäosus45.Lisaks suurenes lahuse temperatuuri järkjärgulise tõusuga ND emitteri kontsentratsioon kilekihis 5,273 × 1020 cm-3-lt 1,772 × 1022 cm-3-le ja NA peremehe kontsentratsioon tõusis 4,972 × 1021-lt 4,592-ni. × 1023.cm – nagu näidatud joonisel fig.3, lameriba potentsiaal suureneb 0,021 V-lt 0,753 V-ni, kandjate arv lahuses suureneb, ioonide vaheline reaktsioon lahuses intensiivistub ja kilekihi stabiilsus väheneb.Kui lahuse temperatuur tõuseb, seda väiksem on ligikaudse joone kalde absoluutväärtus, seda suurem on kandjate tihedus lahuses, seda suurem on ioonide difusioonikiirus ja seda suurem on ioonide vabade kohtade arv. kilekihi pind., vähendades seeläbi metallist aluspinda, stabiilsust ja korrosioonikindlust 46,47.
Kile keemiline koostis mõjutab oluliselt metalli katioonide stabiilsust ja pooljuhtide töövõimet ning temperatuuri muutusel on oluline mõju roostevabast terasest kile tekkele.Joonisel fig.Joonisel 7 on näidatud 2205 DSS-kile pinnakihi täielik XPS-spekter simuleeritud lahuses, mis sisaldab 100 g/l Cl– ja küllastunud CO2.Erinevatel temperatuuridel laastudest moodustatud kilede põhielemendid on põhimõtteliselt samad ning kilede põhikomponendid on Fe, Cr, Ni, Mo, O, N ja C. Seetõttu on kilekihi põhikomponendid Fe , Cr, Ni, Mo, O, N ja C. Konteiner Cr-oksiidide, Fe-oksiidide ja -hüdroksiididega ning väikese koguse Ni- ja Mo-oksiididega.
Täielikud XPS 2205 DSS spektrid on võetud erinevatel temperatuuridel.a) 30°С, b) 45°С, c) 60°С, d) 75°С.
Kile põhikoostis on seotud passiveerivas kiles olevate ühendite termodünaamiliste omadustega.Vastavalt tabelis toodud põhielementide sidumisenergiale kilekihis.6 on näha, et Cr2p3/2 iseloomulikud spektripiigid jagunevad metalliks Cr0 (573,7 ± 0,2 eV), Cr2O3 (574,5 ± 0,3 eV) ja Cr(OH)3 (575,4 ± 0,1 eV) näidatud joonisel fig 8a, kus Cr-elemendi moodustatud oksiid on kile põhikomponent, mis mängib olulist rolli kile korrosioonikindluses ja selle elektrokeemilises jõudluses.Cr2O3 suhteline piigiintensiivsus kilekihis on kõrgem kui Cr(OH)3 oma.Tahke lahuse temperatuuri tõustes aga Cr2O3 suhteline piik järk-järgult nõrgeneb, samas kui Cr(OH)3 suhteline piik järk-järgult suureneb, mis näitab kilekihi peamise Cr3+ ilmset muutumist Cr2O3-st Cr(OH)-ks. 3 ja lahuse temperatuur tõuseb.
Fe2p3/2 iseloomuliku spektri piikide sidumisenergia koosneb peamiselt neljast metallilise oleku Fe0 (706,4 ± 0,2 eV), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 eV), FeO (709,5 ± 0,1 eV) ja FeOOH (713,1) piigist. eV) ± 0,3 eV), nagu on näidatud joonisel 8b, esineb moodustunud kiles peamiselt Fe2+ ja Fe3+ kujul.FeO-st pärit Fe2+ domineerib Fe (II) madalamate sidumisenergia piikide juures, samas kui Fe3O4 ja Fe (III) FeOOH ühendid domineerivad kõrgemate sidumisenergia piikide juures48, 49.Fe3+ piigi suhteline intensiivsus on suurem kui Fe2+ oma, kuid Fe3+ piigi suhteline intensiivsus väheneb lahuse temperatuuri tõustes ja Fe2+ piigi suhteline intensiivsus suureneb, mis viitab põhiaine muutumisele kilekihis alates Fe3+ kuni Fe2+, et tõsta lahuse temperatuuri.
Mo3d5/2 iseloomulikud spektripiigid koosnevad peamiselt kahest piigipositsioonist Mo3d5/2 ja Mo3d3/243,50, samas kui Mo3d5/2 sisaldab metallilist Mo (227,5 ± 0,3 eV), Mo4+ (228,9 ± 0,2 eV) ja Mo6+ (229,4 eV) ), samas kui Mo3d3/2 sisaldab ka metallilist Mo-d (230,4 ± 0,1 eV), Mo4+ (231,5 ± 0,2 eV) ja Mo6+ (232, 8 ± 0,1 eV), nagu on näidatud joonisel 8c, nii et Mo-elemendid eksisteerivad üle kolme valentsi kilekihi olek.Ni2p3/2 iseloomulike spektripiikide sidumisenergiad koosnevad Ni0-st (852,4 ± 0,2 eV) ja NiO-st (854,1 ± 0,2 eV), nagu on näidatud vastavalt joonisel 8g.Iseloomulik N1s piik koosneb N-st (399,6 ± 0,3 eV), nagu on näidatud joonisel 8d.Iseloomulikud O1 piigid hõlmavad O2- (529,7 ± 0,2 eV), OH- (531,2 ± 0,2 eV) ja H2O (531,8 ± 0,3 eV), nagu on näidatud joonisel. Kilekihi põhikomponendid on (OH- ja O2 -) , mida kasutatakse peamiselt Cr ja Fe oksüdeerimiseks või vesiniku oksüdeerimiseks kilekihis.OH- suhteline piigi intensiivsus suurenes märkimisväärselt, kui temperatuur tõusis 30 ° C-lt 75 ° C-ni.Seetõttu muutub temperatuuri tõustes põhiline O2- materjali koostis kilekihis O2-lt OH- ja O2-ks.
Joonisel fig.Joonisel 9 on näidatud proovi 2205 DSS mikroskoopiline pinnamorfoloogia pärast dünaamilist potentsiaalipolarisatsiooni mudellahuses, mis sisaldab 100 g/l Cl– ja küllastunud CO2.On näha, et erinevatel temperatuuridel polariseerunud proovide pinnal on erineva astmega korrosioonisüvendeid, see esineb agressiivsete ioonide lahuses ning lahuse temperatuuri tõusuga tekib tugevam korrosioon. proovide pind.substraat.Suureneb aukude arv pinnaühiku kohta ja korrosioonikeskuste sügavus.
2205 DSS korrosioonikõverad 100 g/l Cl– ja küllastunud CO2 sisaldavates mudellahustes erinevatel temperatuuridel (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c .
Seetõttu suurendab temperatuuri tõus DSS-i iga komponendi aktiivsust, samuti suurendab agressiivsete ioonide aktiivsust agressiivses keskkonnas, põhjustades proovi pinna teatud määral kahjustusi, mis suurendab punktide tekitamise aktiivsust., ja korrosioonisüvendite teke suureneb.Toote moodustumise kiirus suureneb ja materjali korrosioonikindlus väheneb51,52,53,54,55.
Joonisel fig.10 näitab ülikõrge teravussügavusega optilise digitaalmikroskoobiga polariseeritud 2205 DSS proovi morfoloogiat ja süvendite sügavust.Jooniselt fig.Jooniselt 10a on näha, et suurte süvendite ümber tekkisid ka väiksemad korrosiooniaugud, mis näitab, et proovipinna passiveeriv kile hävis osaliselt antud voolutiheduse korral korrosioonisüvendite moodustumisega ja maksimaalne süvendite sügavus oli 12,9 µm.nagu on näidatud joonisel 10b.
DSS näitab paremat korrosioonikindlust, peapõhjuseks on see, et terase pinnale tekkinud kile on lahuses hästi kaitstud, Mott-Schottky ülaltoodud XPS tulemuste ja sellega seotud kirjanduse järgi 13,56,57,58, kile peamiselt läbib järgmist See on Fe ja Cr oksüdatsiooni protsess.
Fe2+ lahustub ja sadestub kergesti kile ja lahuse vahelisel liidesel 53 ning katoodreaktsiooni protsess on järgmine:
Korrodeerunud olekus moodustub kahekihiline struktuurne kile, mis koosneb peamiselt sisemisest raud- ja kroomoksiidikihist ning välisest hüdroksiidikihist ning ioonid kasvavad tavaliselt kile poorides.Passiveeriva kile keemiline koostis on seotud selle pooljuhtomadustega, mida tõendab Mott-Schottky kõver, mis näitab, et passiveeriva kile koostis on n+p-tüüpi ja sellel on bipolaarsed omadused.XPS-i tulemused näitavad, et passiveeriva kile välimine kiht koosneb peamiselt Fe oksiididest ja hüdroksiididest, millel on n-tüüpi pooljuhtide omadused, ning sisemine kiht koosneb peamiselt Cr-oksiididest ja hüdroksiididest, millel on p-tüüpi pooljuhtide omadused.
2205 DSS-il on kõrge eritakistus tänu kõrgele Cr17.54 sisaldusele ja sellel on dupleksstruktuuride vahelisest mikroskoopilisest galvaanilisest korrosioonist55 tingitud erineva astme täppide moodustumine.Punktkorrosioon on DSS-is üks levinumaid korrosioonitüüpe ja temperatuur on üks olulisemaid punktkorrosiooni käitumist mõjutavaid tegureid ning mõjutab DSS-reaktsiooni termodünaamilisi ja kineetilisi protsesse60,61.Tavaliselt mõjutab temperatuur suure Cl– ja küllastunud CO2 kontsentratsiooniga simuleeritud lahuses ka punktkorrosioonipragude tekkimist ja pragude teket pingekorrosioonipragunemise ajal pingekorrosioonipragude all ning punktide tekke kriitiline temperatuur määratakse, et hinnata. korrosioonikindlus.DSS.Materjali, mis peegeldab metallmaatriksi tundlikkust temperatuuri suhtes, kasutatakse tavaliselt olulise viitena materjali valikul insenerirakendustes.2205 DSS-i keskmine kriitiline punktide temperatuur simuleeritud lahuses on 66,9 °C, mis on 25,6 °C kõrgem kui Super 13Cr roostevaba terase oma 3,5% NaCl-ga, kuid maksimaalne täppide sügavus ulatus 12,9 µm62.Lisaks kinnitasid elektrokeemilised tulemused, et faasinurga ja sageduse horisontaalsed piirkonnad kitsenevad temperatuuri tõustes ning faasinurga vähenemisel 79°-lt 58°-le muutub |Z|väheneb 1,26×104-lt 1,58×103 Ω cm2-le.laengu ülekandetakistus Rct vähenes 2,958 1014-lt 2,541 103 Ω cm2-le, lahuse takistus Rs vähenes 2,953-lt 2,469 Ω cm2-le, kiletakistus Rf vähenes 5,430 10-4 cm2-lt 1,147 10-3 cm2-le.Agressiivse lahuse juhtivus suureneb, metallmaatrikskilekihi stabiilsus väheneb, see lahustub ja praguneb kergesti.Isekorrosiooni voolutihedus tõusis 1,482-lt 2,893×10-6 A cm-2-le ja isekorrosioonipotentsiaal vähenes -0,532-lt -0,621V-le.On näha, et temperatuuri muutus mõjutab kilekihi terviklikkust ja tihedust.
Vastupidi, kõrge Cl-kontsentratsioon ja CO2 küllastunud lahus suurendavad temperatuuri tõustes järk-järgult Cl- adsorptsioonivõimet passiveeriva kile pinnal, passiveerimiskile stabiilsus muutub ebastabiilseks ja kaitsev toime kilepinnale. substraat muutub nõrgemaks ja suureneb vastuvõtlikkus aukude tekkeks.Sel juhul suureneb söövitavate ioonide aktiivsus lahuses, hapnikusisaldus väheneb ning korrodeerunud materjali pinnakile on raske kiiresti taastuda, mis loob soodsamad tingimused söövitavate ioonide edasiseks adsorptsiooniks pinnal.Materjali vähendamine63.Robinson et al.[64] näitas, et lahuse temperatuuri tõusuga süvendite kasvukiirus kiireneb, samuti suureneb ioonide difusioonikiirus lahuses.Kui temperatuur tõuseb 65 °C-ni, aeglustab hapniku lahustumine Cl-ioone sisaldavas lahuses katoodreaktsiooni protsessi, väheneb täppide moodustumise kiirus.Han20 uuris temperatuuri mõju 2205 dupleksse roostevaba terase korrosioonikäitumisele CO2 keskkonnas.Tulemused näitasid, et temperatuuri tõus suurendas korrosiooniproduktide hulka ja kokkutõmbumisõõnsuste pindala materjali pinnal.Samamoodi, kui temperatuur tõuseb 150 ° C-ni, puruneb pinnal olev oksiidkile ja kraatrite tihedus on suurim.Lu4 uuris temperatuuri mõju 2205 dupleksse roostevaba terase korrosioonikäitumisele passiveerimisest kuni aktiveerimiseni CO2 sisaldavas geotermilises keskkonnas.Nende tulemused näitavad, et katsetemperatuuril alla 150 °C on moodustunud kile iseloomulik amorfne struktuur ja sisemine liides sisaldab niklirikast kihti ning temperatuuril 300 °C on tekkinud korrosiooniprodukt nanomõõtmelise struktuuriga. .-polükristalliline FeCr2O4, CrOOH ja NiFe2O4.
Joonisel fig.11 on diagramm 2205 DSS korrosiooni ja kile moodustumise protsessist.Enne kasutamist moodustab 2205 DSS atmosfääris passiveeriva kile.Pärast sukeldumist keskkonda, mis simuleerib kõrge Cl- ja CO2 sisaldusega lahuseid sisaldavat lahust, ümbritseb selle pind kiiresti erinevate agressiivsete ioonidega (Cl-, CO32- jne).).J. Banas 65 jõudis järeldusele, et keskkonnas, kus on samaaegselt CO2, väheneb passiveeriva kile stabiilsus materjali pinnal aja jooksul ja moodustunud süsihape kaldub suurendama ioonide juhtivust passiveerimisel. kiht.kile ja ioonide lahustumise kiirendamine passiveerivas kiles.passiveeriv kile.Seega on proovipinnal olev kilekiht lahustumise ja taaspassivatsiooni dünaamilises tasakaalufaasis66, Cl- vähendab pinnakihi moodustumise kiirust ja kilepinna külgnevale alale ilmuvad väikesed augud, kuna näidatud joonisel 3. Näita.Nagu on näidatud joonistel 11a ja b, ilmuvad samal ajal väikesed ebastabiilsed korrosiooniaugud.Temperatuuri tõustes suureneb korrodeerivate ioonide aktiivsus lahuses kilekihil ja väikeste ebastabiilsete süvendite sügavus suureneb, kuni läbipaistev kilekiht on täielikult läbinud, nagu on näidatud joonisel 11c.Lahustuskeskkonna temperatuuri edasise tõusuga kiireneb lahustunud CO2 sisaldus lahuses, mis toob kaasa lahuse pH väärtuse languse, SPP pinnal olevate väikseimate ebastabiilsete korrosioonisüvendite tiheduse suurenemise. , paisub ja süveneb esialgsete korrosioonisüvendite sügavus ning passiveeriv kile proovipinnal. Paksuse vähenedes muutub passiveeriv kile haavatavamaks, nagu on näidatud joonisel 11d.Ja elektrokeemilised tulemused kinnitasid lisaks, et temperatuurimuutusel on teatud mõju kile terviklikkusele ja tihedusele.Seega on näha, et kõrge Cl-sisaldusega CO2-ga küllastunud lahuste korrosioon erineb oluliselt korrosioonist lahustes, mis sisaldavad madala kontsentratsiooniga Cl-67,68.
Korrosiooniprotsess 2205 DSS koos uue kile moodustumise ja hävitamisega.(a) Protsess 1, (b) Protsess 2, (c) Protsess 3, (d) Protsess 4.
2205 DSS-i keskmine kriitiline täppide tekke temperatuur simuleeritud lahuses, mis sisaldab 100 g/l Cl– ja küllastunud CO2, on 66,9 ℃ ja maksimaalne täppide tekke sügavus on 12,9 µm, mis vähendab 2205 DSS korrosioonikindlust ja suurendab tundlikkust punktide tekke suhtes.temperatuuri tõus.
Postitusaeg: 16. veebruar 2023