Дякуємо, що відвідали Nature.com.Ви використовуєте версію браузера з обмеженою підтримкою CSS.Для найкращої роботи радимо використовувати оновлений браузер (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer).Крім того, щоб забезпечити постійну підтримку, ми показуємо сайт без стилів і JavaScript.
Відображає карусель із трьох слайдів одночасно.Використовуйте кнопки «Попередній» і «Наступний», щоб переходити по трьох слайдах одночасно, або використовуйте кнопки повзунка в кінці, щоб переходити по трьох слайдах одночасно.
Нержавіюча сталь Duplex 2205 (DSS) має добру корозійну стійкість завдяки своїй типовій дуплексній структурі, але нафтогазове середовище, що містить дедалі більше CO2, призводить до різного ступеня корозії, особливо точкової, що серйозно загрожує безпеці та надійності нафти та природних застосування газу.розробка газу.У цій роботі імерсійний тест та електрохімічний тест використовуються в поєднанні з лазерною конфокальною мікроскопією та рентгенівською фотоелектронною спектроскопією.Результати показали, що середня критична температура для пітингу 2205 DSS становила 66,9 °C.Коли температура вища за 66,9 ℃, потенціал точкової руйнування, інтервал пасивації та потенціал самокорозії зменшуються, щільність струму пасивації розміру збільшується, а чутливість до точкової коррозії збільшується.При подальшому підвищенні температури радіус ємнісної дуги 2205 DSS зменшується, поверхневий опір і опір переносу заряду поступово зменшуються, а також щільність донорних і акцепторних носіїв у плівковому шарі продукту з n + p-біполярними характеристиками. збільшується, зменшується вміст оксидів Cr у внутрішньому шарі плівки, збільшується вміст оксидів Fe у зовнішньому шарі, збільшується розчинність шару плівки, знижується стійкість, збільшується кількість ямок і розмір пор.
У контексті швидкого економічного та соціального розвитку та соціального прогресу попит на ресурси нафти та газу продовжує зростати, що змушує розробку нафти та газу поступово зміщуватися до південно-західних та морських районів із більш суворими умовами та середовищем, тому умови експлуатації свердловинні труби стають все більш важкими..Погіршення 1,2,3.У галузі розвідки нафти та газу, коли збільшення CO2 4 та солоності та вмісту хлору 5, 6 у видобутій рідині, звичайна труба з вуглецевої сталі 7 піддається серйозній корозії, навіть якщо інгібітори корозії закачуються в колону труб, корозію неможливо ефективно придушити, сталь більше не може відповідати вимогам тривалої експлуатації в жорстких корозійних середовищах CO28,9,10.Дослідники звернулися до дуплексної нержавіючої сталі (DSS) з кращою стійкістю до корозії.2205 DSS, вміст фериту та аустеніту в сталі близько 50%, має відмінні механічні властивості та корозійну стійкість, поверхнева пасиваційна плівка щільна, має відмінну рівномірну корозійну стійкість, ціна нижча, ніж у сплавів на основі нікелю 11 , 12. Таким чином, 2205 DSS зазвичай використовується як резервуар під тиском у корозійному середовищі, обсадна труба нафтової свердловини в корозійному середовищі CO2, водяний охолоджувач для системи конденсації на морських нафтових і хімічних родовищах 13, 14, 15, але 2205 DSS також може мати корозійну перфорацію. в обслуговуванні.
На даний час у країні та за кордоном проведено багато досліджень CO2- та Cl-піттингової корозії 2205 DSS [16,17,18].Ebrahimi19 виявив, що додавання солі біхромату калію до розчину NaCl може запобігти піттингу 2205 DSS, а збільшення концентрації біхромату калію підвищує критичну температуру піттингу 2205 DSS.Однак потенціал піттингу 2205 DSS зростає через додавання певної концентрації NaCl до біхромату калію та зменшується зі збільшенням концентрації NaCl.Han20 показує, що при 30–120°C структура пасивуючої плівки 2205 DSS є сумішшю внутрішнього шару Cr2O3, зовнішнього шару FeO та насиченого Cr;коли температура підвищується до 150 °C, пасиваційна плівка розчиняється., внутрішня структура змінюється на Cr2O3 і Cr(OH)3, а зовнішній шар змінюється на оксид Fe(II,III) і гідроксид Fe(III).Peguet21 виявив, що стаціонарний піттинг нержавіючої сталі S2205 у розчині NaCl зазвичай відбувається не нижче критичної температури пітінгу (CPT), а в діапазоні температур перетворення (TTI).Thiadi22 дійшов висновку, що зі збільшенням концентрації NaCl корозійна стійкість S2205 DSS значно знижується, і чим більше негативний прикладений потенціал, тим гірша корозійна стійкість матеріалу.
У цій статті сканування динамічного потенціалу, спектроскопія імпедансу, постійний потенціал, крива Мотта-Шотткі та оптична електронна мікроскопія були використані для вивчення впливу високої солоності, високої концентрації Cl– та температури на корозійну поведінку 2205 DSS.та фотоелектронна спектроскопія, яка забезпечує теоретичну основу для безпечної роботи 2205 DSS у нафтових і газових середовищах, що містять CO2.
Випробуваний матеріал вибрано зі сталі 2205 DSS, обробленої розчином (марка сталі 110ksi), а основний хімічний склад наведено в таблиці 1.
Розмір електрохімічного зразка становить 10 мм × 10 мм × 5 мм, його очищають ацетоном для видалення олії та абсолютного етанолу та висушують.Задню частину тестового зразка припаюють для з’єднання мідного дроту відповідної довжини.Після зварювання за допомогою мультиметра (VC9801A) перевірте електропровідність звареного зразка, а потім закрийте неробочу поверхню епоксидною смолою.Використовуйте наждачний папір з карбіду кремнію 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000#, щоб відполірувати робочу поверхню на полірувальній машині полірувальним засобом 0,25 мкм до шорсткості поверхні Ra≤1,6 мкм, а потім очистити та помістити в термостат .
Використовували електрохімічну робочу станцію Priston (P4000A) з триелектродною системою.Допоміжним електродом служив платиновий електрод (Pt) площею 1 см2, робочим – DSS 2205 (площею 1 см2), а електродом порівняння (Ag/AgCl). використовується.Модельний розчин, що використовувався в досліді, готували згідно (табл. 2).Перед випробуванням протягом 1 години пропускали високочистий розчин N2 (99,99%), а потім протягом 30 хвилин пропускали CO2 для дезоксигенації розчину., а CO2 в розчині завжди був у стані насичення.
Спочатку помістіть зразок у резервуар, що містить тестовий розчин, і помістіть його у водяну баню постійної температури.Початкова налаштована температура становить 2°C, підвищення температури регулюється зі швидкістю 1°C/хв, а температурний діапазон регулюється.при 2-80°C.за Цельсієм.Тест починається при постійному потенціалі (-0,6142 Vs.Ag/AgCl), а крива випробування є кривою It.Відповідно до стандарту випробування критичної температури пітінгу можна визначити криву It.Температура, при якій густина струму зростає до 100 мкА/см2, називається критичною температурою пітінгу.Середня критична температура пітінгу становить 66,9 °C.Температури випробувань для поляризаційної кривої та спектру імпедансу були обрані 30°C, 45°C, 60°C і 75°C відповідно, і випробування повторювали три рази в тих самих умовах зразка, щоб зменшити можливі відхилення.
Зразок металу, підданий впливу розчину, спочатку поляризували при катодному потенціалі (-1,3 В) протягом 5 хв перед тестуванням потенціодинамічної поляризаційної кривої для усунення оксидної плівки, утвореної на робочій поверхні зразка, а потім при потенціалі розімкнутого контуру 1 год, поки не встановиться напруга корозії.Швидкість сканування поляризаційної кривої динамічного потенціалу була встановлена на 0,333 мВ/с, а потенціал інтервалу сканування був встановлений на -0,3~1,2 В відносно OCP.Для забезпечення точності тесту ті самі умови тестування повторювали 3 рази.
Програмне забезпечення для тестування спектру імпедансу – Versa Studio.Тест спочатку проводився при постійному потенціалі розімкнутого ланцюга, амплітуда змінної напруги збурювання була встановлена на 10 мВ, а частота вимірювання була встановлена на 10–2–105 Гц.дані спектру після тестування.
Процес тестування поточної кривої часу: виберіть різні потенціали пасивації відповідно до результатів кривої анодної поляризації, виміряйте криву It при постійному потенціалі та підберіть криву подвійного логарифма, щоб обчислити нахил підігнаної кривої для аналізу плівки.механізм утворення пасивуючої плівки.
Після стабілізації напруги холостого ходу виконайте перевірку кривої Мотта-Шотткі.Діапазон сканування тестового потенціалу 1,0~-1,0 В (vS.Ag/AgCl), швидкість сканування 20 мВ/с, тестова частота встановлена на 1000 Гц, сигнал збудження 5 мВ.
Використовуйте рентгенівську фотоелектронну спектроскопію (XPS) (ESCALAB 250Xi, Великобританія), щоб перевірити склад і хімічний стан поверхневої пасиваційної плівки після утворення плівки 2205 DSS і виконати обробку пікових даних вимірювань за допомогою найкращого програмного забезпечення.порівняли з базами даних атомних спектрів і пов’язаною літературою23 та відкалібрували за допомогою C1s (284,8 еВ).Морфологію корозії та глибину ямок на зразках характеризували за допомогою надглибокого оптичного цифрового мікроскопа (Zeiss Smart Zoom5, Німеччина).
Зразок був випробуваний при тому самому потенціалі (-0,6142 В відн. Ag/AgCl) методом постійного потенціалу, і крива корозійного струму була записана з часом.Згідно зі стандартом тестування CPT, щільність поляризаційного струму поступово зростає зі збільшенням температури.1 показана критична температура пітінгу 2205 DSS в моделюваному розчині, що містить 100 г/л Cl– і насичений CO2.Видно, що при низькій температурі розчину густина струму практично не змінюється зі збільшенням часу випробувань.А коли температура розчину підвищувалася до певного значення, густина струму швидко зростала, що вказувало на те, що швидкість розчинення пасивуючої плівки зростала зі збільшенням температури розчину.Коли температура твердого розчину підвищується з 2°C до приблизно 67°C, щільність струму поляризації 2205DSS зростає до 100 мкА/см2, а середня критична температура пітінгу 2205DSS становить 66,9°C, що становить приблизно 16,6°C. вище, ніж 2205DSS.стандарт 3,5 мас.% NaCl (0,7 В)26.Критична температура пітінгу залежить від прикладеного потенціалу під час вимірювання: чим нижчий прикладений потенціал, тим вище виміряна критична температура пітінгу.
Крива критичної температури піттингу дуплексної нержавіючої сталі 2205 у моделюваному розчині, що містить 100 г/л Cl– і насичений CO2.
На рис.2 показані графіки імпедансу змінного струму 2205 DSS у змодельованих розчинах, що містять 100 г/л Cl- і насичений CO2 при різних температурах.Можна побачити, що діаграма Найквіста 2205DSS при різних температурах складається з високочастотних, середньочастотних і низькочастотних дуг опору та ємності, а дуги опору та ємності не є напівкруглими.Радіус ємнісної дуги відображає величину опору пасивуючої плівки та величину опору перенесення заряду під час електродної реакції.Загальновизнано, що чим більший радіус ємнісної дуги, тим краща корозійна стійкість металевої підкладки в розчині27.При температурі розчину 30 °С радіус ємнісної дуги на діаграмі Найквіста та фазовий кут на діаграмі модуля імпедансу |Z|Bode — найвищий, а 2205 DSS — найнижчий.З підвищенням температури розчину |Z|Модуль імпедансу, радіус дуги та опір розчину зменшуються, крім того, фазовий кут також зменшується з 79 Ом до 58 Ом в області проміжних частот, демонструючи широкий пік і щільний внутрішній шар і розріджений (пористий) зовнішній шар є основними особливості неоднорідної пасивної плівки28.Тому при підвищенні температури утворена на поверхні металевої підкладки пасивуюча плівка розчиняється і розтріскується, що послаблює захисні властивості підкладки та погіршує корозійну стійкість матеріалу29.
Використовуючи програмне забезпечення ZSimDeme для підгонки даних спектру імпедансу, підігнана еквівалентна схема показана на рис. 330, де Rs — імітований опір розчину, Q1 — ємність плівки, Rf — опір створеної пасивуючої плівки, Q2 — подвійний ємність шару, а Rct – опір перенесення заряду.За результатами підгонки в табл.3 видно, що зі збільшенням температури модельованого розчину значення n1 зменшується від 0,841 до 0,769, що свідчить про збільшення зазору між двошаровими конденсаторами та зменшення густини.Опір переносу заряду Rct поступово зменшувався з 2,958×1014 до 2,541×103 Ом см2, що вказувало на поступове зниження корозійної стійкості матеріалу.Опір розчину Rs зменшився з 2,953 до 2,469 Ом см2, а ємність Q2 пасивуючої плівки зменшилася з 5,430·10-4 до 1,147·10-3 Ом см2, провідність розчину збільшилася, стійкість пасивуючої плівки знизилася. , а розчин Cl-, SO42- та ін.) у середовищі збільшується, що прискорює руйнування пасивуючої плівки31.Це призводить до зменшення опору плівки Rf (з 4662 до 849 Ом см2) та зменшення поляризаційного опору Rp (Rct+Rf), що утворюється на поверхні дуплексної нержавіючої сталі.
Отже, температура розчину впливає на корозійну стійкість DSS 2205. При низькій температурі розчину між катодом і анодом відбувається процес реакції в присутності Fe2 +, що сприяє швидкому розчиненню і корозії матеріалу. анод, а також пасивація плівки, утвореної на поверхні, більш повна і вища щільність, більший опір передачі заряду між розчинами, уповільнює розчинення металевої матриці та демонструє кращу стійкість до корозії.З підвищенням температури розчину опір переносу заряду Rct зменшується, швидкість реакції між іонами в розчині прискорюється, а швидкість дифузії агресивних іонів прискорюється, внаслідок чого на поверхні знову утворюються вихідні продукти корозії. підкладку від поверхні металевої підкладки.Більш тонка пасивуюча плівка послаблює захисні властивості підкладки.
На рис.На рисунку 4 показані поляризаційні криві динамічного потенціалу 2205 DSS у змодельованих розчинах, що містять 100 г/л Cl– і насичений CO2 при різних температурах.З малюнка видно, що коли потенціал знаходиться в діапазоні від -0,4 до 0,9 В, анодні криві при різних температурах мають явні ділянки пасивації, а потенціал самокорозії становить близько -0,7 до -0,5 В. Оскільки щільність збільшує струм до 100 мкА/см233 анодна крива зазвичай називається потенціалом піттингу (Eb або Etra).З підвищенням температури інтервал пасивації зменшується, потенціал самокорозії зменшується, густина корозійного струму має тенденцію до збільшення, а поляризаційна крива зсувається вниз вправо, що вказує на те, що плівка, утворена DSS 2205 у змодельованому розчині, має активну дію. діяльність.вмістом 100 г/л Cl– і насиченого CO2, підвищує чутливість до точкової корозії, легко пошкоджується агресивними іонами, що призводить до посилення корозії металевої матриці та зниження корозійної стійкості.
З таблиці 4 видно, що коли температура підвищується від 30°C до 45°C, відповідний потенціал надпасивації трохи зменшується, але щільність струму пасивації відповідного розміру значно збільшується, що вказує на те, що захист пасивуючої плівки під цими умови посилюються з підвищенням температури.Коли температура досягає 60°C, відповідний потенціал піттингу значно зменшується, і ця тенденція стає більш очевидною з підвищенням температури.Слід зазначити, що при 75°C на малюнку з’являється значний пік перехідного струму, що вказує на наявність метастабільної точкової корозії на поверхні зразка.
Тому з підвищенням температури розчину зменшується кількість розчиненого в розчині кисню, знижується значення рН поверхні плівки і знижується стійкість пасивуючої плівки.Крім того, чим вище температура розчину, тим вище активність агресивних іонів у розчині і тим вище швидкість пошкодження поверхневого шару плівки підкладки.Оксиди, що утворюються в шарі плівки, легко відпадають і реагують з катіонами в шарі плівки, утворюючи розчинні сполуки, збільшуючи ймовірність утворення точок.Оскільки шар регенерованої плівки є відносно пухким, захисний ефект на підкладку низький, що збільшує корозію металевої підкладки.Результати випробування динамічного поляризаційного потенціалу узгоджуються з результатами імпедансної спектроскопії.
На рис.На малюнку 5а показано криві It для 2205 DSS у модельному розчині, що містить 100 г/л Cl– і насичений CO2.Щільність струму пасивації як функцію часу була отримана після поляризації при різних температурах протягом 1 години при потенціалі -300 мВ (відносно Ag/AgCl).Можна побачити, що тенденція щільності струму пасивації 2205 DSS за однакового потенціалу та різних температур в основному однакова, і тенденція поступово зменшується з часом і має тенденцію бути гладкою.З поступовим підвищенням температури щільність струму пасивації 2205 DSS зростала, що узгоджувалося з результатами поляризації, яка також вказувала на те, що захисні характеристики шару плівки на металевій підкладці знижувалися зі збільшенням температури розчину.
Потенціостатичні поляризаційні криві 2205 DSS при однаковому потенціалі плівкоутворення та різних температурах.(a) Залежність густини струму від часу, (b) Логарифм росту пасивної плівки.
Дослідіть залежність між густиною струму пасивації та часом при різних температурах для того самого потенціалу утворення плівки, як показано в (1)34:
Де i – густина струму пасивації при потенціалі плівкоутворення, А/см2.А - площа робочого електрода, см2.K — кут нахилу кривої, підігнаної до нього.t час, с
На рис.5b показано криві logI та logt для 2205 DSS при різних температурах при однаковому потенціалі утворення плівки.Згідно з літературними даними,35 при нахилі лінії K = -1 шар плівки, утворений на поверхні підкладки, є щільнішим і має кращу корозійну стійкість до металевої підкладки.А коли нахил прямої лінії K = -0,5, шар плівки, утворений на поверхні, є пухким, містить багато дрібних отворів і має низьку корозійну стійкість до металевої підкладки.Видно, що при 30°C, 45°C, 60°C і 75°C структура шару плівки змінюється від щільних пор до пухких пор відповідно до обраного лінійного нахилу.Відповідно до моделі точкових дефектів (PDM)36,37 можна побачити, що прикладений потенціал під час випробування не впливає на щільність струму, вказуючи на те, що температура безпосередньо впливає на вимірювання щільності анодного струму під час випробування, тому струм збільшується з підвищенням температури.розчину, і щільність 2205 DSS збільшується, а стійкість до корозії знижується.
Властивості напівпровідника тонкоплівкового шару, сформованого на DSS, впливають на його корозійну стійкість38, тип напівпровідника та щільність носія тонкоплівкового шару впливають на розтріскування та виточки тонкоплівкового шару DSS39,40, де ємність C і E потенційний тонкоплівковий шар задовольняє співвідношенню MS, просторовий заряд напівпровідника розраховується таким чином:
У формулі ε – діелектрична проникність пасивуючої плівки при кімнатній температурі, що дорівнює 1230, ε0 – діелектрична проникність вакууму, що дорівнює 8,85 × 10–14 Ф/см, E – вторинний заряд (1,602 × 10–19 Кл) ;ND – густина напівпровідникових донорів n-типу, см–3, NA – акцепторна густина напівпровідника p-типу, см–3, EFB – потенціал плоскої зони, V, K – постійна Больцмана, 1,38 × 10–3 .23 Дж/К, Т – температура, К.
Нахил і переріз підігнаної лінії можна обчислити, підігнавши лінійне розділення до виміряної кривої MS, застосованої концентрації (ND), прийнятної концентрації (NA) і потенціалу плоскої смуги (Efb)42.
На рис.6 показує криву Мотта-Шотткі поверхневого шару плівки 2205 DSS, сформованої в моделюваному розчині, що містить 100 г/л Cl- і насиченому CO2 при потенціалі (-300 мВ) протягом 1 години.Видно, що всі тонкоплівкові шари, сформовані при різних температурах, мають характеристики біполярних напівпровідників типу n+p.Напівпровідник n-типу має селективність до розчину аніонів, яка може запобігти дифундії катіонів нержавіючої сталі в розчин через пасиваційну плівку, тоді як напівпровідник p-типу має селективність до катіонів, яка може запобігти пасивації корозійних аніонів у розчині. на поверхні підкладки 26 .Також можна побачити, що існує плавний перехід між двома підгоночними кривими, плівка знаходиться в стані плоскої смуги, а потенціал плоскої смуги Efb можна використовувати для визначення положення енергетичної зони напівпровідника та оцінки його електрохімічних властивостей. стабільність43..
Відповідно до результатів підгонки кривої MC, наведених у таблиці 5, були розраховані вихідна концентрація (ND) і приймаюча концентрація (NA), а також потенціал плоскої смуги Efb 44 одного порядку величини.Щільність прикладеного несучого струму в основному характеризує точкові дефекти в шарі просторового заряду та потенціал піттингу пасивуючої плівки.Чим вища концентрація нанесеного носія, тим легше руйнується шар плівки і тим вище ймовірність корозії підкладки45.Крім того, з поступовим підвищенням температури розчину концентрація емітера ND у шарі плівки зросла з 5,273×1020 см-3 до 1,772×1022 см-3, а концентрація хазяїна NA зросла з 4,972×1021 до 4,592 ×1023.см – як показано на рис.3 потенціал плоскої зони зростає від 0,021 В до 0,753 В, збільшується кількість носіїв у розчині, посилюється реакція між іонами в розчині та знижується стійкість шару плівки.При підвищенні температури розчину чим менше абсолютне значення нахилу апроксимуючої лінії, тим більше щільність носіїв у розчині, тим вище швидкість дифузії між іонами і тим більше кількість іонних вакансій на поверхні шару плівки., тим самим зменшуючи металеву підкладку, стабільність і стійкість до корозії 46,47.
Хімічний склад плівки має значний вплив на стабільність катіонів металу та продуктивність напівпровідників, а зміна температури має важливий вплив на формування плівки з нержавіючої сталі.На рис.На рисунку 7 показаний повний спектр XPS поверхневого шару плівки 2205 DSS у змодельованому розчині, що містить 100 г/л Cl– і насичений CO2.Основні елементи в плівках, утворених чіпсами при різних температурах, в основному однакові, а основними компонентами плівок є Fe, Cr, Ni, Mo, O, N і C. Таким чином, основними компонентами шару плівки є Fe , Cr, Ni, Mo, O, N і C. Контейнер з оксидами Cr, оксидами та гідроксидами Fe та невеликою кількістю оксидів Ni та Mo.
Повні спектри XPS 2205 DSS, отримані за різних температур.а – 30°С, б – 45°С, в – 60°С, г – 75°С.
Основний склад плівки пов'язаний з термодинамічними властивостями сполук у пасивуючій плівці.За енергією зв'язку основних елементів у плівковому шарі, наведеною в табл.6, можна побачити, що характерні спектральні піки Cr2p3/2 поділяються на металеві Cr0 (573,7 ± 0,2 еВ), Cr2O3 (574,5 ± 0,3 еВ) і Cr(OH)3 ( 575,4 ± 0,1 еВ) як показано на малюнку 8а, де оксид, утворений елементом Cr, є основним компонентом у плівці, який відіграє важливу роль у корозійній стійкості плівки та її електрохімічних характеристиках.Відносна пікова інтенсивність Cr2O3 у шарі плівки вища, ніж у Cr(OH)3.Проте з підвищенням температури твердого розчину відносний пік Cr2O3 поступово слабшає, а відносний пік Cr(OH)3 поступово зростає, що свідчить про очевидну трансформацію основного Cr3+ у шарі плівки з Cr2O3 на Cr(OH) 3, і температура розчину зростає.
Енергія зв’язку піків характеристичного спектру Fe2p3/2 в основному складається з чотирьох піків металевого стану Fe0 (706,4 ± 0,2 еВ), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 еВ), FeO (709,5 ± 0,1 еВ) і FeOOH (713,1). еВ) ± 0,3 еВ), як показано на рис. 8b, Fe в основному присутній у сформованій плівці у формі Fe2+ і Fe3+.Fe2+ з FeO домінує над Fe(II) на нижчих піках енергії зв’язку, тоді як сполуки Fe3O4 і Fe(III) FeOOH домінують на більш високих піках енергії зв’язку48,49.Відносна інтенсивність піку Fe3+ вища, ніж у Fe2+, але відносна інтенсивність піку Fe3+ зменшується зі збільшенням температури розчину, а відносна інтенсивність піку Fe2+ зростає, що вказує на зміну основної речовини в шарі плівки від Fe3+ до Fe2+ для підвищення температури розчину.
Характеристичні спектральні піки Mo3d5/2 в основному складаються з двох позицій піків Mo3d5/2 і Mo3d3/243,50, тоді як Mo3d5/2 включає металевий Mo (227,5 ± 0,3 еВ), Mo4+ (228,9 ± 0,2 еВ) і Mo6+ (229,4 ± 0,3 еВ). ), тоді як Mo3d3/2 також містить металевий Mo (230,4 ± 0,1 еВ), Mo4+ (231,5 ± 0,2 еВ) і Mo6+ (232, 8 ± 0,1 еВ), як показано на малюнку 8c, тому елементи Mo існують у більш ніж трьох валентних формах. стан шару плівки.Енергії зв’язку характерних спектральних піків Ni2p3/2 складаються з Ni0 (852,4 ± 0,2 еВ) і NiO (854,1 ± 0,2 еВ), як показано на рис. 8g відповідно.Характерний пік N1s складається з N (399,6 ± 0,3 еВ), як показано на рис. 8d.Характеристичні піки O1s включають O2- (529,7 ± 0,2 еВ), OH- (531,2 ± 0,2 еВ) і H2O (531,8 ± 0,3 еВ), як показано на рис. Основними компонентами шару плівки є (OH- і O2 -) , які в основному використовуються для окислення або окислення воднем Cr і Fe в шарі плівки.Відносна пікова інтенсивність OH- значно зросла, коли температура підвищилася від 30°C до 75°C.Тому з підвищенням температури основний речовинний склад O2- в шарі плівки змінюється з O2- на OH- і O2-.
На рис.На малюнку 9 показано мікроскопічну морфологію поверхні зразка 2205 DSS після динамічної поляризації потенціалу в модельному розчині, що містить 100 г/л Cl– і насичений CO2.Видно, що на поверхні зразків, поляризованих при різних температурах, є корозійні ямки різного ступеня, це відбувається в розчині агресивних іонів, а з підвищенням температури розчину на поверхні виникає більш серйозна корозія. поверхні зразків.підкладка.Збільшується кількість пітингових ямок на одиницю площі та глибина осередків корозії.
Криві корозії 2205 DSS в модельних розчинах, що містять 100 г/л Cl– та насичений CO2 при різних температурах (а) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c .
Отже, підвищення температури збільшить активність кожного компонента СППР, а також збільшить активність агресивних іонів в агресивному середовищі, спричиняючи певний ступінь пошкодження поверхні зразка, що призведе до збільшення пітингової активності., і утворення корозійних ямок збільшиться.Швидкість утворення продукту збільшиться, а корозійна стійкість матеріалу знизиться51,52,53,54,55.
На рис.10 показує морфологію та глибину пітингу зразка 2205 DSS, поляризованого за допомогою оптичного цифрового мікроскопа надвисокої глибини поля.З рис.10а показано, що менші корозійні ямки також з’явилися навколо великих ямок, що вказує на те, що пасивуюча плівка на поверхні зразка була частково зруйнована з утворенням корозійних ямок при даній щільності струму, а максимальна глибина пітінгу становила 12,9 мкм.як показано на малюнку 10b.
DSS показує кращу стійкість до корозії, головною причиною є те, що плівка, утворена на поверхні сталі, добре захищена в розчині, за Моттом-Шотткі, відповідно до наведених вище результатів XPS та відповідної літератури 13,56,57,58, плівка в основному проходить наступні Це процес окислення Fe і Cr.
Fe2+ легко розчиняється та випадає в осад на межі розділу 53 між плівкою та розчином, і процес катодної реакції виглядає наступним чином:
У корозійному стані утворюється двошарова структурна плівка, яка в основному складається з внутрішнього шару оксидів заліза і хрому і зовнішнього гідроксидного шару, а іони зазвичай ростуть у порах плівки.Хімічний склад пасивуючої плівки пов’язаний з її напівпровідниковими властивостями, про що свідчить крива Мотта-Шотткі, яка вказує на те, що склад пасивуючої плівки є типом n+p і має біполярні характеристики.Результати XPS показують, що зовнішній шар пасивуючої плівки в основному складається з оксидів і гідроксидів Fe, які виявляють напівпровідникові властивості n-типу, а внутрішній шар в основному складається з оксидів і гідроксидів Cr, які виявляють напівпровідникові властивості p-типу.
2205 DSS має високий питомий опір через високий вміст Cr17,54 і демонструє різний ступінь точкової коррозії внаслідок мікроскопічної гальванічної корозії55 між дуплексними структурами.Точкова корозія є одним із найпоширеніших типів корозії в DSS, а температура є одним із важливих факторів, що впливають на поведінку точкової корозії та впливає на термодинамічні та кінетичні процеси реакції DSS60,61.Як правило, у змодельованому розчині з високою концентрацією Cl– і насиченого CO2 температура також впливає на утворення пітінгу та ініціювання тріщин під час корозійного розтріскування під напругою під час корозійного розтріскування під напругою, і критична температура пітінгу визначається для оцінки стійкість до корозії.DSS.Матеріал, який відображає чутливість металевої матриці до температури, зазвичай використовується як важливий орієнтир при виборі матеріалу в інженерних додатках.Середня критична температура пітінгу 2205 DSS у змодельованому розчині становить 66,9°C, що на 25,6°C вище, ніж у нержавіючої сталі Super 13Cr з 3,5% NaCl, але максимальна глибина пітінгу досягає 12,9 мкм62.Електрохімічні результати додатково підтвердили, що горизонтальні області фазового кута та частоти звужуються зі збільшенням температури, і коли фазовий кут зменшується від 79° до 58°, значення |Z|зменшується від 1,26×104 до 1,58×103 Ом см2.опір перенесення заряду Rct зменшився з 2,958 1014 до 2,541 103 Ом см2, опір розчину Rs зменшився з 2,953 до 2,469 Ом см2, опір плівки Rf зменшився з 5,430 10-4 см2 до 1,147 10-3 см2.Підвищується провідність агресивного розчину, знижується стійкість плівкового шару металевої матриці, він легко розчиняється і розтріскується.Щільність струму самокорозії зросла з 1,482 до 2,893×10-6 А см-2, а потенціал самокорозії знизився з -0,532 до -0,621В.Видно, що зміна температури впливає на цілісність і щільність шару плівки.
Навпаки, висока концентрація Cl- і насичений розчин CO2 поступово збільшують адсорбційну здатність Cl- на поверхні пасивуючої плівки з підвищенням температури, стійкість пасиваційної плівки стає нестабільною, а захисний ефект на Субстрат стає слабшим і підвищується сприйнятливість до утворення ямок.При цьому підвищується активність корозійних іонів у розчині, зменшується вміст кисню, а поверхнева плівка корозійного матеріалу важко швидко відновлюється, що створює більш сприятливі умови для подальшої адсорбції корозійних іонів на поверхні.Зменшення матеріалу63.Робінсон та ін.[64] показали, що з підвищенням температури розчину швидкість росту пітингів прискорюється, а також збільшується швидкість дифузії іонів у розчині.При підвищенні температури до 65 °С розчинення кисню в розчині, що містить іони Cl-, уповільнює процес катодної реакції, швидкість пітінгу зменшується.Han20 досліджував вплив температури на корозійну поведінку дуплексної нержавіючої сталі 2205 у середовищі CO2.Результати показали, що підвищення температури збільшило кількість продуктів корозії та площу усадочних порожнин на поверхні матеріалу.Так само, коли температура підвищується до 150°C, оксидна плівка на поверхні розривається, і щільність кратерів є найбільшою.Lu4 досліджував вплив температури на корозійну поведінку дуплексної нержавіючої сталі 2205 від пасивації до активації в геотермальному середовищі, що містить CO2.Їх результати показують, що при температурі випробування нижче 150 °C утворена плівка має характерну аморфну структуру, а внутрішня межа розділу містить багатий нікелем шар, а при температурі 300 °C утворюється продукт корозії має нанорозмірну структуру. .-полікристалічні FeCr2O4, CrOOH і NiFe2O4.
На рис.11 - діаграма процесу корозії та утворення плівки 2205 DSS.Перед використанням 2205 DSS утворює в атмосфері пасивуючу плівку.Після занурення в середовище, що імітує розчин, що містить розчини з високим вмістом Cl- і CO2, його поверхня швидко оточується різноманітними агресивними іонами (Cl-, CO32- тощо).).J. Banas 65 дійшов висновку, що в середовищі, де одночасно присутній CO2, стійкість пасивуючої плівки на поверхні матеріалу з часом буде знижуватися, а утворена вугільна кислота прагне збільшити провідність іонів у пасивуючих речовинах. шар.плівки та прискорення розчинення іонів у пасивуючій плівці.пасивуюча плівка.Таким чином, шар плівки на поверхні зразка знаходиться в стадії динамічної рівноваги розчинення та репасивації66, Cl- зменшує швидкість утворення поверхневого шару плівки, а на прилеглій ділянці поверхні плівки з’являються дрібні ямки, як показано на малюнку 3. Покажіть.Як показано на малюнках 11a і b, крихітні нестабільні корозійні ямки з’являються одночасно.У міру підвищення температури активність корозійних іонів у розчині на шарі плівки зростає, а глибина крихітних нестабільних ямок збільшується до тих пір, поки прозорий шар плівки повністю не проникне, як показано на малюнку 11c.При подальшому підвищенні температури середовища, що розчиняє, вміст розчиненого СО2 в розчині прискорюється, що призводить до зниження значення рН розчину, збільшення щільності найдрібніших нестійких корозійних ямок на поверхні СПП. , глибина початкових корозійних ямок розширюється та поглиблюється, а пасивуюча плівка на поверхні зразка. Зі зменшенням товщини пасивуюча плівка стає більш схильною до точкової коррозії, як показано на малюнку 11d.А електрохімічні результати додатково підтвердили, що зміна температури певним чином впливає на цілісність і щільність плівки.Таким чином, можна побачити, що корозія в розчинах, насичених CO2, що містять високі концентрації Cl-, значно відрізняється від корозії в розчинах, що містять низькі концентрації Cl-67,68.
Процес корозії 2205 DSS з утворенням і руйнуванням нової плівки.(a) Процес 1, (b) Процес 2, (c) Процес 3, (d) Процес 4.
Середня критична температура пітінгу 2205 DSS у змодельованому розчині, що містить 100 г/л Cl– і насичений CO2, становить 66,9 ℃, а максимальна глибина пітінгу становить 12,9 мкм, що знижує корозійну стійкість 2205 DSS і підвищує чутливість до пітінгу.підвищення температури.
Час публікації: 16 лютого 2023 р