Takk for at du besøker Nature.com.Du bruker en nettleserversjon med begrenset CSS-støtte.For den beste opplevelsen anbefaler vi at du bruker en oppdatert nettleser (eller deaktiverer kompatibilitetsmodus i Internet Explorer).I tillegg, for å sikre kontinuerlig støtte, viser vi nettstedet uten stiler og JavaScript.
Viser en karusell med tre lysbilder samtidig.Bruk Forrige og Neste-knappene for å gå gjennom tre lysbilder om gangen, eller bruk skyveknappene på slutten for å gå gjennom tre lysbilder om gangen.
Duplex 2205 rustfritt stål (DSS) har god korrosjonsbestandighet på grunn av sin typiske dupleksstruktur, men det stadig mer tøffe CO2-holdige olje- og gassmiljøet resulterer i varierende grad av korrosjon, spesielt gropdannelse, som alvorlig truer sikkerheten og påliteligheten til olje og natur. gassapplikasjoner.gassutvikling.I dette arbeidet brukes en nedsenkingstest og en elektrokjemisk test i kombinasjon med laserkonfokalmikroskopi og røntgenfotoelektronspektroskopi.Resultatene viste at den gjennomsnittlige kritiske temperaturen for pitting 2205 DSS var 66,9 °C.Når temperaturen er høyere enn 66,9 ℃, reduseres gropnedbrytningspotensialet, passiveringsintervallet og selvkorrosjonspotensialet, størrelsen passiveringsstrømtettheten økes og gropfølsomheten økes.Med en ytterligere temperaturøkning reduseres radiusen til den kapasitive buen 2205 DSS, overflatemotstanden og ladningsoverføringsmotstanden reduseres gradvis, og tettheten av donor- og akseptorbærere i filmlaget til produktet med n + p-bipolare egenskaper også øker, innholdet av Cr-oksider i det indre laget av filmen avtar, øker innholdet av Fe-oksider i det ytre laget, oppløsningen av filmlaget øker, stabiliteten avtar, antall groper og porestørrelsen øker.
I sammenheng med rask økonomisk og sosial utvikling og sosial fremgang, fortsetter etterspørselen etter olje- og gassressurser å vokse, noe som tvinger olje- og gassutviklingen til å gradvis skifte til de sørvestlige og offshore-områdene med mer alvorlige forhold og miljø, slik at driftsforholdene for nedihullsrør blir mer og mer alvorlige..Forringelse 1,2,3.Innen olje- og gassleting, når økningen i CO2 4 og saltholdighet og klorinnhold 5, 6 i den produserte væsken, er vanlige 7-karbon stålrør utsatt for alvorlig korrosjon, selv om korrosjonsinhibitorer pumpes inn i rørstrengen, korrosjon kan ikke effektivt undertrykkes stål kan ikke lenger oppfylle kravene til langsiktig drift i tøffe korrosive CO28,9,10 miljøer.Forskerne vendte seg mot dupleks rustfritt stål (DSS) med bedre korrosjonsbestandighet.2205 DSS, innholdet av ferritt og austenitt i stålet er omtrent 50%, har utmerkede mekaniske egenskaper og korrosjonsmotstand, overflatepassiveringsfilmen er tett, har utmerket jevn korrosjonsbestandighet, prisen er lavere enn for nikkelbaserte legeringer 11 , 12. Således er 2205 DSS ofte brukt som trykkbeholder i korrosive omgivelser, oljebrønnforingsrør i korrosive CO2-miljøer, vannkjøler for kondenseringssystem i offshore olje- og kjemiske felt 13, 14, 15, men 2205 DSS kan også ha korrosiv perforering i tjeneste.
For tiden er det utført mange studier av CO2- og Cl-pitting-korrosjon 2205 DSS i inn- og utland [16,17,18].Ebrahimi19 fant at tilsetning av et kaliumdikromatsalt til en NaCl-løsning kan hemme 2205 DSS-pitting, og å øke konsentrasjonen av kaliumdikromat øker den kritiske temperaturen til 2205 DSS-pitting.Imidlertid øker groppotensialet til 2205 DSS på grunn av tilsetning av en viss konsentrasjon av NaCl til kaliumdikromat og avtar med økende NaCl-konsentrasjon.Han20 viser at ved 30 til 120°C er strukturen til 2205 DSS passiverende film en blanding av Cr2O3 indre lag, FeO ytre lag og rik Cr;når temperaturen stiger til 150 °C, løses passiveringsfilmen opp., endres den indre strukturen til Cr2O3 og Cr(OH)3, og det ytre laget endres til Fe(II,III)-oksid og Fe(III)-hydroksid.Peguet21 fant at stasjonær gropdannelse av S2205 rustfritt stål i NaCl-løsning vanligvis ikke forekommer under den kritiske groptemperaturen (CPT), men i transformasjonstemperaturområdet (TTI).Thiadi22 konkluderte med at når konsentrasjonen av NaCl øker, reduseres korrosjonsmotstanden til S2205 DSS betydelig, og jo mer negativt det påførte potensialet er, desto dårligere er korrosjonsmotstanden til materialet.
I denne artikkelen ble dynamisk potensialskanning, impedansspektroskopi, konstant potensial, Mott-Schottky-kurve og optisk elektronmikroskopi brukt for å studere effekten av høy saltholdighet, høy Cl-konsentrasjon og temperatur på korrosjonsatferden til 2205 DSS.og fotoelektronspektroskopi, som gir det teoretiske grunnlaget for sikker drift av 2205 DSS i olje- og gassmiljøer som inneholder CO2.
Testmaterialet er valgt fra løsningsbehandlet stål 2205 DSS (stålkvalitet 110ksi), og den viktigste kjemiske sammensetningen er vist i tabell 1.
Størrelsen på den elektrokjemiske prøven er 10 mm × 10 mm × 5 mm, den renses med aceton for å fjerne olje og absolutt etanol og tørkes.Baksiden av teststykket er loddet for å koble til riktig lengde kobbertråd.Etter sveising, bruk et multimeter (VC9801A) for å kontrollere den elektriske ledningsevnen til det sveisede teststykket, og forsegle deretter den ikke-fungerende overflaten med epoksy.Bruk 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# silisiumkarbidvannsandpapir for å polere arbeidsflaten på poleringsmaskinen med 0,25um poleringsmiddel til overflateruheten Ra≤1,6um, og til slutt rengjør og sett inn termostaten .
En Priston (P4000A) elektrokjemisk arbeidsstasjon med et tre-elektrodesystem ble brukt.En platinaelektrode (Pt) med et areal på 1 cm2 fungerte som hjelpeelektrode, en DSS 2205 (med et areal på 1 cm2) ble brukt som arbeidselektrode, og en referanseelektrode (Ag/AgCl) ble brukt.Modellløsningen som ble brukt i testen ble fremstilt i henhold til (tabell 2).Før testen ble en N2-løsning med høy renhet (99,99%) passert i 1 time, og deretter ble CO2 passert i 30 minutter for å deoksygenere løsningen., og CO2 i løsningen var alltid i en tilstand av metning.
Plasser først prøven i tanken som inneholder testløsningen, og plasser den i et vannbad med konstant temperatur.Den innledende innstilte temperaturen er 2°C, og temperaturstigningen styres med en hastighet på 1°C/min, og temperaturområdet kontrolleres.ved 2-80°C.Celsius.Testen starter ved et konstant potensial (-0,6142 Vs.Ag/AgCl) og testkurven er en It-kurve.I henhold til teststandarden for kritisk groptemperatur kan It-kurven være kjent.Temperaturen der strømtettheten stiger til 100 μA/cm2 kalles den kritiske groptemperaturen.Den gjennomsnittlige kritiske temperaturen for pitting er 66,9 °C.Testtemperaturene for polarisasjonskurven og impedansspekteret ble valgt til å være henholdsvis 30°C, 45°C, 60°C og 75°C, og testen ble gjentatt tre ganger under de samme prøveforholdene for å redusere mulige avvik.
En metallprøve eksponert for løsningen ble først polarisert ved et katodepotensial (-1,3 V) i 5 minutter før den potensiodynamiske polarisasjonskurven ble testet for å eliminere oksidfilmen dannet på arbeidsflaten til prøven, og deretter ved et åpent kretspotensial på 1 time til korrosjonsspenningen ikke vil bli etablert.Skannehastigheten til den dynamiske potensialpolarisasjonskurven ble satt til 0,333 mV/s, og skanneintervallpotensialet ble satt til -0,3~1,2V vs. OCP.For å sikre nøyaktigheten av testen ble de samme testbetingelsene gjentatt 3 ganger.
Programvare for testing av impedansspektrum – Versa Studio.Testen ble først utført ved et jevnt åpent kretspotensial, amplituden til vekselforstyrrelsesspenningen ble satt til 10 mV, og målefrekvensen ble satt til 10–2–105 Hz.spektrumdata etter testing.
Testprosess for gjeldende tidskurve: velg forskjellige passiveringspotensialer i henhold til resultatene av den anodiske polarisasjonskurven, mål It-kurven ved konstant potensial, og tilpass den doble logaritmekurven for å beregne helningen til den tilpassede kurven for filmanalyse.mekanismen for dannelsen av den passiverende filmen.
Etter at den åpne kretsspenningen har stabilisert seg, utfør en Mott-Schottky-kurvetest.Testpotensial skanningsområde 1,0~-1,0V (vS.Ag/AgCl), skannehastighet 20mV/s, testfrekvens satt til 1000Hz, eksitasjonssignal 5mV.
Bruk røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) (ESCALAB 250Xi, UK) for å sputterteste sammensetningen og den kjemiske tilstanden til overflatepassiveringsfilmen etter 2205 DSS-filmdannelse og utføre målingsdata topptilpasningsbehandling ved bruk av overlegen programvare.sammenlignet med databaser med atomspektre og relatert litteratur23 og kalibrert ved bruk av C1s (284,8 eV).Morfologien til korrosjon og dybden av groper på prøvene ble karakterisert ved hjelp av et ultra-dyp optisk digitalt mikroskop (Zeiss Smart Zoom5, Tyskland).
Prøven ble testet ved samme potensial (-0,6142 V rel. Ag/AgCl) ved konstantpotensialmetoden og korrosjonsstrømkurven ble registrert over tid.I henhold til CPT-teststandarden øker polarisasjonsstrømtettheten gradvis med økende temperatur.1 viser den kritiske groptemperaturen på 2205 DSS i en simulert løsning som inneholder 100 g/L Cl– og mettet CO2.Det kan sees at ved lav temperatur på løsningen endres strømtettheten praktisk talt ikke med økende testtid.Og når temperaturen på løsningen økte til en viss verdi, økte strømtettheten raskt, noe som indikerer at oppløsningshastigheten til den passiverende filmen økte med økningen i løsningens temperatur.Når temperaturen til den faste løsningen økes fra 2°C til ca. 67°C, øker polarisasjonsstrømtettheten på 2205DSS til 100µA/cm2, og den gjennomsnittlige kritiske groptemperaturen på 2205DSS er 66,9°C, som er ca. 16,6°C høyere enn enn 2205DSS.standard 3,5 vekt.% NaCl (0,7 V)26.Den kritiske groptemperaturen avhenger av det påførte potensialet på måletidspunktet: jo lavere det påførte potensialet er, desto høyere er den målte kritiske groptemperaturen.
Pitting kritisk temperaturkurve av 2205 dupleks rustfritt stål i en simulert løsning som inneholder 100 g/L Cl– og mettet CO2.
På fig.2 viser vekselstrømsimpedansplott av 2205 DSS i simulerte løsninger som inneholder 100 g/L Cl- og mettet CO2 ved forskjellige temperaturer.Det kan sees at Nyquist-diagrammet til 2205DSS ved forskjellige temperaturer består av høyfrekvente, mellomfrekvente og lavfrekvente motstandskapasitansbuer, og motstandskapasitansbuene er ikke halvsirkulære.Radiusen til den kapasitive buen reflekterer motstandsverdien til den passiverende filmen og verdien av ladningsoverføringsmotstanden under elektrodereaksjonen.Det er generelt akseptert at jo større radius av den kapasitive buen er, desto bedre er korrosjonsmotstanden til metallsubstratet i løsning27.Ved en løsningstemperatur på 30 °C, radiusen til den kapasitive buen på Nyquist-diagrammet og fasevinkelen på diagrammet av impedansmodulen |Z|Bode er høyest og 2205 DSS-korrosjon er lavest.Når løsningstemperaturen øker, vil |Z|impedansmodul, bueradius og løsningsmotstand reduseres, i tillegg avtar fasevinkelen også fra 79 Ω til 58 Ω i mellomfrekvensområdet, og viser en bred topp og et tett indre lag og et sparsomt (porøst) ytre lag er de viktigste trekk ved en inhomogen passiv film28.Derfor, når temperaturen stiger, vil den passiverende filmen som dannes på overflaten av metallsubstratet løses opp og sprekker, noe som svekker de beskyttende egenskapene til substratet og forringer korrosjonsmotstanden til materialet29.
Ved å bruke ZSimDeme-programvaren for å tilpasse impedansspektrumdataene, er den tilpassede ekvivalente kretsen vist i fig. 330, der Rs er den simulerte løsningsmotstanden, Q1 er filmkapasitansen, Rf er motstanden til den genererte passiveringsfilmen, Q2 er den doble lagkapasitans, og Rct er ladningsoverføringsmotstanden.Fra resultatene av tilpasning i tabell.3 viser at når temperaturen til den simulerte løsningen øker, synker verdien av n1 fra 0,841 til 0,769, noe som indikerer en økning i gapet mellom tolagskondensatorene og en reduksjon i tetthet.Ladningsoverføringsmotstanden Rct avtok gradvis fra 2,958×1014 til 2,541×103 Ω cm2, noe som indikerte en gradvis nedgang i materialets korrosjonsmotstand.Motstanden til løsningen Rs sank fra 2,953 til 2,469 Ω cm2, og kapasitansen Q2 til den passiverende filmen sank fra 5,430 10-4 til 1,147 10-3 Ω cm2, konduktiviteten til løsningen økte, stabiliteten til den passiverende filmen ble redusert. , og løsningen Cl-, SO42-, etc.) i mediet øker, noe som akselererer ødeleggelsen av den passiverende filmen31.Dette fører til en reduksjon i filmmotstanden Rf (fra 4662 til 849 Ω cm2) og en reduksjon i polarisasjonsmotstanden Rp (Rct+Rf) dannet på overflaten av dupleks rustfritt stål.
Derfor påvirker temperaturen på løsningen korrosjonsmotstanden til DSS 2205. Ved lav temperatur på løsningen skjer en reaksjonsprosess mellom katoden og anoden i nærvær av Fe2+, noe som bidrar til rask oppløsning og korrosjon av anode, så vel som passivering av filmen dannet på overflaten, mer fullstendig og høyere tetthet, større motstand ladningsoverføring mellom løsninger, bremser oppløsningen av metallmatrisen og viser bedre korrosjonsmotstand.Når temperaturen på løsningen øker, reduseres motstanden mot ladningsoverføring Rct, reaksjonshastigheten mellom ioner i løsningen akselererer, og diffusjonshastigheten til aggressive ioner akselererer, slik at de første korrosjonsproduktene igjen dannes på overflaten av substratet fra overflaten av metallsubstratet.En tynnere passiveringsfilm svekker underlagets beskyttende egenskaper.
På fig.Figur 4 viser de dynamiske potensielle polarisasjonskurvene til 2205 DSS i simulerte løsninger som inneholder 100 g/L Cl– og mettet CO2 ved forskjellige temperaturer.Det kan sees av figuren at når potensialet er i området fra -0,4 til 0,9 V, har anodekurvene ved forskjellige temperaturer åpenbare passiveringsområder, og selvkorrosjonspotensialet er ca. -0,7 til -0,5 V. tetthet øker strømmen opp til 100 μA/cm233 anodekurven kalles vanligvis groppotensialet (Eb eller Etra).Når temperaturen stiger, reduseres passiveringsintervallet, selvkorrosjonspotensialet avtar, korrosjonsstrømtettheten har en tendens til å øke, og polarisasjonskurven skifter ned til høyre, noe som indikerer at filmen dannet av DSS 2205 i den simulerte løsningen har aktiv aktivitet.innhold på 100 g/l Cl– og mettet CO2, øker følsomheten for gropkorrosjon, blir lett skadet av aggressive ioner, noe som fører til økt korrosjon av metallmatrisen og redusert korrosjonsbestandighet.
Det kan sees fra tabell 4 at når temperaturen stiger fra 30°C til 45°C, avtar det tilsvarende overpassiveringspotensialet litt, men passiveringsstrømtettheten til den tilsvarende størrelsen øker betydelig, noe som indikerer at beskyttelsen av passiveringsfilmen under disse forholdene øker med økende temperatur.Når temperaturen når 60°C, reduseres det tilsvarende groppotensialet betydelig, og denne trenden blir tydeligere etter hvert som temperaturen stiger.Det skal bemerkes at ved 75 °C vises en betydelig forbigående strømtopp i figuren, noe som indikerer tilstedeværelsen av metastabil gropkorrosjon på prøveoverflaten.
Derfor, med en økning i temperaturen til løsningen, reduseres mengden oksygen som er oppløst i løsningen, pH-verdien på filmoverflaten synker, og stabiliteten til den passiverende filmen reduseres.I tillegg, jo høyere temperatur løsningen har, desto høyere er aktiviteten til aggressive ioner i løsningen og desto høyere skadehastighet på overflatefilmlaget til substratet.Oksider dannet i filmlaget faller lett av og reagerer med kationer i filmlaget for å danne løselige forbindelser, noe som øker sannsynligheten for gropdannelse.Siden det regenererte filmlaget er relativt løst, er den beskyttende effekten på underlaget lav, noe som øker korrosjonen av metallsubstratet.Resultatene av den dynamiske polarisasjonspotensialtesten stemmer overens med resultatene av impedansspektroskopi.
På fig.Figur 5a viser It-kurver for 2205 DSS i en modellløsning som inneholder 100 g/L Cl– og mettet CO2.Passiveringsstrømtettheten som funksjon av tid ble oppnådd etter polarisering ved forskjellige temperaturer i 1 time ved et potensial på -300 mV (i forhold til Ag/AgCl).Det kan sees at passiveringsstrømtettheten til 2205 DSS ved samme potensial og forskjellige temperaturer i utgangspunktet er den samme, og trenden avtar gradvis med tiden og har en tendens til å være jevn.Etter hvert som temperaturen gradvis økte, økte passiveringsstrømtettheten på 2205 DSS, noe som var i samsvar med resultatene av polarisering, som også indikerte at de beskyttende egenskapene til filmlaget på metallsubstratet avtok med økende løsningstemperatur.
Potensiostatiske polarisasjonskurver på 2205 DSS ved samme filmdannelsespotensial og forskjellige temperaturer.(a) Strømtetthet versus tid, (b) Passiv filmvekstlogaritme.
Undersøk forholdet mellom passiveringsstrømtetthet og tid ved forskjellige temperaturer for det samme filmdannelsespotensialet, som vist i (1)34:
Hvor i er passiveringsstrømtettheten ved filmdannelsespotensialet, A/cm2.A er arealet av arbeidselektroden, cm2.K er helningen til kurven som er tilpasset den.t gang, s
På fig.5b viser logI- og logt-kurver for 2205 DSS ved forskjellige temperaturer ved samme filmdannelsespotensial.I følge litteraturdata35, når linjen skråner K = -1, er filmlaget som dannes på overflaten av substratet tettere og har bedre korrosjonsmotstand mot metallsubstratet.Og når den rette linjen skråner K = -0,5, er filmlaget som dannes på overflaten løst, inneholder mange små hull og har dårlig korrosjonsbestandighet mot metallsubstratet.Det kan sees at ved 30°C, 45°C, 60°C og 75°C endres strukturen til filmlaget fra tette porer til løse porer i samsvar med den valgte lineære helningen.I følge Point Defect Model (PDM)36,37 kan det sees at det påførte potensialet under testen ikke påvirker strømtettheten, noe som indikerer at temperaturen direkte påvirker målingen av anodestrømtettheten under testen, slik at strømmen øker med økende temperatur.løsning, og tettheten til 2205 DSS øker, og korrosjonsmotstanden reduseres.
Halvlederegenskapene til tynnfilmlaget som dannes på DSS påvirker korrosjonsmotstanden38, typen halvleder og bærertettheten til tynnfilmlaget påvirker sprekkingen og gropdannelsen til tynnfilmlaget DSS39,40 hvor kapasitansen C og E til det potensielle tynnfilmlaget tilfredsstiller forholdet MS, romladningen til halvlederen beregnes på følgende måte:
I formelen er ε permittiviteten til den passiverende filmen ved romtemperatur, lik 1230, ε0 er vakuumpermittiviteten, lik 8,85 × 10–14 F/cm, E er sekundærladningen (1,602 × 10–19 C) ;ND er tettheten til n-type halvlederdonorer, cm–3, NA er akseptortettheten til p-type halvleder, cm–3, EFB er flatbåndpotensialet, V, K er Boltzmanns konstant, 1,38 × 10–3 .23 J/K, T – temperatur, K.
Helningen og skjæringspunktet til den tilpassede linjen kan beregnes ved å tilpasse en lineær separasjon til den målte MS-kurven, påført konsentrasjon (ND), akseptert konsentrasjon (NA) og flatbåndpotensial (Efb)42.
På fig.6 viser Mott-Schottky-kurven for overflatelaget til en 2205 DSS-film dannet i en simulert løsning inneholdende 100 g/l Cl- og mettet med CO2 ved et potensial (-300 mV) i 1 time.Det kan sees at alle tynnfilmlag dannet ved forskjellige temperaturer har egenskapene til n+p-type bipolare halvledere.Halvlederen av n-type har løsningsanionselektivitet, som kan hindre rustfrie stålkationer i å diffundere inn i løsningen gjennom passiveringsfilmen, mens p-type-halvlederen har kationselektivitet, som kan hindre de korrosive anionene i løsningen fra passiveringskryssinger. ut på overflaten av substratet 26.Det kan også sees at det er en jevn overgang mellom de to tilpasningskurvene, filmen er i flatbåndstilstand, og flatbåndpotensialet Efb kan brukes til å bestemme posisjonen til energibåndet til en halvleder og evaluere dens elektrokjemiske stabilitet43..
I henhold til MC-kurvetilpasningsresultatene vist i tabell 5 ble den utgående konsentrasjonen (ND) og mottakskonsentrasjonen (NA) og flatbåndpotensialet Efb 44 i samme størrelsesorden beregnet.Tettheten til den påførte bærestrømmen karakteriserer hovedsakelig punktdefekter i romladningslaget og groppotensialet til den passiverende filmen.Jo høyere konsentrasjonen av den påførte bæreren er, jo lettere bryter filmlaget og jo høyere er sannsynligheten for substratkorrosjon45.I tillegg, med en gradvis økning i temperaturen til løsningen, økte ND-emitterkonsentrasjonen i filmlaget fra 5,273×1020 cm-3 til 1,772×1022 cm-3, og NA-vertskonsentrasjonen økte fra 4,972×1021 til 4,592 ×1023.cm – som vist i fig.3 øker flatbåndpotensialet fra 0,021 V til 0,753 V, antall bærere i løsningen øker, reaksjonen mellom ioner i løsningen intensiveres, og filmlagets stabilitet avtar.Ettersom temperaturen på løsningen øker, jo mindre absoluttverdien av helningen til den tilnærmede linjen er, jo større tetthet av bærere i løsningen, jo høyere er diffusjonshastigheten mellom ioner, og jo større antall ionevakanser på overflaten av filmlaget., og reduserer dermed metallsubstratet, stabilitet og korrosjonsmotstand 46,47.
Den kjemiske sammensetningen av filmen har en betydelig effekt på stabiliteten til metallkationer og ytelsen til halvledere, og temperaturendringen har en viktig effekt på dannelsen av en rustfri stålfilm.På fig.Figur 7 viser hele XPS-spekteret til overflatelaget til en 2205 DSS-film i en simulert løsning som inneholder 100 g/L Cl– og mettet CO2.Hovedelementene i filmer dannet av flis ved forskjellige temperaturer er i utgangspunktet de samme, og hovedkomponentene i filmene er Fe, Cr, Ni, Mo, O, N og C. Derfor er hovedkomponentene i filmlaget Fe. , Cr, Ni, Mo, O, N og C. Beholder med Cr-oksider, Fe-oksider og -hydroksider og en liten mengde Ni- og Mo-oksider.
Full XPS 2205 DSS-spektra tatt ved forskjellige temperaturer.(a) 30°С, (b) 45°С, (c) 60°С, (d) 75°С.
Hovedsammensetningen av filmen er relatert til de termodynamiske egenskapene til forbindelsene i den passiverende filmen.I henhold til bindingsenergien til hovedelementene i filmlaget, gitt i tabell.6, kan det sees at de karakteristiske spektraltoppene til Cr2p3/2 er delt inn i metall Cr0 (573,7 ± 0,2 eV), Cr2O3 (574,5 ± 0,3 eV) og Cr(OH)3 (575,4 ± 0, 1 eV) som vist i figur 8a, hvor oksidet dannet av Cr-elementet er hovedkomponenten i filmen, som spiller en viktig rolle i filmens korrosjonsmotstand og dens elektrokjemiske ytelse.Den relative toppintensiteten til Cr2O3 i filmlaget er høyere enn for Cr(OH)3.Men ettersom temperaturen på den faste løsningen øker, svekkes den relative toppen av Cr2O3 gradvis, mens den relative toppen av Cr(OH)3 gradvis øker, noe som indikerer den åpenbare transformasjonen av hoved-Cr3+ i filmlaget fra Cr2O3 til Cr(OH) 3, og temperaturen på løsningen øker.
Bindingsenergien til toppene i det karakteristiske spekteret til Fe2p3/2 består hovedsakelig av fire topper i den metalliske tilstanden Fe0 (706,4 ± 0,2 eV), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 eV), FeO (709,5 ± 0,1 eV ) og Fe3OOH (71) eV) ± 0,3 eV), som vist i fig. 8b, er Fe hovedsakelig tilstede i den dannede filmen i form av Fe2+ og Fe3+.Fe2+ fra FeO dominerer Fe(II) ved lavere bindingsenergitopper, mens Fe3O4 og Fe(III) FeOOH-forbindelser dominerer ved høyere bindingsenergitopper48,49.Den relative intensiteten til Fe3+-toppen er høyere enn for Fe2+, men den relative intensiteten til Fe3+-toppen avtar med økende løsningstemperatur, og den relative intensiteten til Fe2+-toppen øker, noe som indikerer en endring i hovedstoffet i filmlaget fra Fe3+ til Fe2+ for å øke temperaturen på løsningen.
De karakteristiske spektraltoppene til Mo3d5/2 består hovedsakelig av to toppposisjoner Mo3d5/2 og Mo3d3/243,50, mens Mo3d5/2 inkluderer metallisk Mo (227,5 ± 0,3 eV), Mo4+ (228,9 ± 0,2 eV) og Mo6+ ( ± V 0). ), mens Mo3d3/2 også inneholder metallisk Mo (230,4 ± 0,1 eV), Mo4+ (231,5 ± 0,2 eV) og Mo6+ (232, 8 ± 0,1 eV) som vist i figur 8c, så Mo-elementene eksisterer i valensen over tre tilstanden til filmlaget.Bindingsenergiene til de karakteristiske spektraltoppene til Ni2p3/2 består av Ni0 (852,4 ± 0,2 eV) og NiO (854,1 ± 0,2 eV), som vist i henholdsvis fig. 8g.Den karakteristiske N1s-toppen består av N (399,6 ± 0,3 eV), som vist i fig. 8d.Karakteristiske O1s-topper inkluderer O2- (529,7 ± 0,2 eV), OH- (531,2 ± 0,2 eV) og H2O (531,8 ± 0,3 eV), som vist i fig. Hovedkomponentene i filmlaget er (OH- og O2 -) , som hovedsakelig brukes til oksidasjon eller hydrogenoksidasjon av Cr og Fe i filmlaget.Den relative toppintensiteten til OH- økte betydelig ettersom temperaturen økte fra 30°C til 75°C.Derfor, med en økning i temperaturen, endres hovedmaterialsammensetningen av O2- i filmlaget fra O2- til OH- og O2-.
På fig.Figur 9 viser den mikroskopiske overflatemorfologien til prøve 2205 DSS etter dynamisk potensialpolarisering i en modellløsning som inneholder 100 g/L Cl- og mettet CO2.Det kan ses at på overflaten av prøvene som er polarisert ved forskjellige temperaturer, er det korrosjonsgroper av varierende grad, dette skjer i en løsning av aggressive ioner, og med en økning i temperaturen på løsningen oppstår mer alvorlig korrosjon på overflaten av prøvene.substrat.Antall gropgroper per arealenhet og dybden på korrosjonssentre øker.
Korrosjonskurver av 2205 DSS i modellløsninger som inneholder 100 g/l Cl– og mettet CO2 ved forskjellige temperaturer (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c .
Derfor vil en temperaturøkning øke aktiviteten til hver komponent i DSS, samt øke aktiviteten til aggressive ioner i et aggressivt miljø, noe som forårsaker en viss grad av skade på prøveoverflaten, noe som vil øke pittingaktiviteten., og dannelsen av korrosjonsgroper vil øke.Hastigheten av produktdannelse vil øke og korrosjonsmotstanden til materialet vil avta51,52,53,54,55.
På fig.10 viser morfologien og gropdybden til en 2205 DSS-prøve polarisert med et optisk digitalt mikroskop med ultrahøy dybdeskarphet.Fra fig.10a viser at mindre korrosjonsgroper også dukket opp rundt store groper, noe som indikerer at den passiverende filmen på prøveoverflaten ble delvis ødelagt med dannelsen av korrosjonsgroper ved en gitt strømtetthet, og maksimal gropdybde var 12,9 µm.som vist i figur 10b.
DSS viser bedre korrosjonsbestandighet, hovedårsaken er at filmen dannet på overflaten av stålet er godt beskyttet i løsning, Mott-Schottky, i henhold til XPS-resultatene ovenfor og relatert litteratur 13,56,57,58, filmen hovedsakelig går gjennom følgende Dette er prosessen med oksidasjon av Fe og Cr.
Fe2+ løses lett opp og utfelles ved grensesnittet 53 mellom filmen og løsningen, og den katodiske reaksjonsprosessen er som følger:
I korrodert tilstand dannes det en tolags strukturfilm, som hovedsakelig består av et indre lag av jern- og kromoksider og et ytre hydroksidlag, og ioner vokser vanligvis i filmens porer.Den kjemiske sammensetningen av den passiverende filmen er relatert til dens halvlederegenskaper, som bevist av Mott-Schottky-kurven, noe som indikerer at sammensetningen av den passiverende filmen er n+p-type og har bipolare egenskaper.XPS-resultatene viser at det ytre laget av den passiverende filmen hovedsakelig er sammensatt av Fe-oksider og hydroksider som viser n-type halvlederegenskaper, og det indre laget er hovedsakelig sammensatt av Cr-oksider og hydroksider som viser p-type halvlederegenskaper.
2205 DSS har høy resistivitet på grunn av sitt høye Cr17.54-innhold og viser varierende grad av gropdannelse på grunn av mikroskopisk galvanisk korrosjon55 mellom dupleksstrukturer.Pittingkorrosjon er en av de vanligste typene av korrosjon i DSS, og temperatur er en av de viktige faktorene som påvirker oppførselen til gropkorrosjon og har innvirkning på de termodynamiske og kinetiske prosessene til DSS-reaksjonen60,61.Typisk, i en simulert løsning med høy konsentrasjon av Cl– og mettet CO2, påvirker temperaturen også dannelsen av gropdannelse og initiering av sprekker under spenningskorrosjonssprekker under spenningskorrosjonssprekkene, og den kritiske temperaturen for gropdannelse bestemmes for å evaluere korrosjonsmotstanden.DSS.Materialet, som gjenspeiler følsomheten til metallmatrisen for temperatur, brukes ofte som en viktig referanse i materialvalg i tekniske applikasjoner.Den gjennomsnittlige kritiske groptemperaturen på 2205 DSS i den simulerte løsningen er 66,9 °C, som er 25,6 °C høyere enn for Super 13Cr rustfritt stål med 3,5 % NaCl, men maksimal gropdybde nådde 12,9 µm62.De elektrokjemiske resultatene bekreftet videre at de horisontale områdene av fasevinkelen og frekvensen smalner med økende temperatur, og når fasevinkelen avtar fra 79° til 58°, blir verdien av |Z|reduseres fra 1,26×104 til 1,58×103 Ω cm2.ladningsoverføringsmotstand Rct redusert fra 2,958 1014 til 2,541 103 Ω cm2, løsningsmotstand Rs redusert fra 2,953 til 2,469 Ω cm2, filmmotstand Rf redusert fra 5,430 10-4 cm2 til 1,147 10-3 cm2.Konduktiviteten til den aggressive løsningen øker, stabiliteten til metallmatrisefilmlaget reduseres, den løses opp og sprekker lett.Selvkorrosjonsstrømtettheten økte fra 1,482 til 2,893×10-6 A cm-2, og selvkorrosjonspotensialet sank fra -0,532 til -0,621V.Det kan sees at endringen i temperatur påvirker integriteten og tettheten til filmlaget.
Tvert imot øker en høy konsentrasjon av Cl- og en mettet løsning av CO2 gradvis adsorpsjonskapasiteten til Cl- på overflaten av passiveringsfilmen med økende temperatur, stabiliteten til passiveringsfilmen blir ustabil, og den beskyttende effekten på underlaget blir svakere og følsomheten for gropdannelse øker.I dette tilfellet øker aktiviteten til korrosive ioner i løsningen, oksygeninnholdet avtar, og overflatefilmen til det korroderte materialet er vanskelig å raskt gjenopprette, noe som skaper gunstigere forhold for videre adsorpsjon av korrosive ioner på overflaten.Materialreduksjon63.Robinson et al.[64] viste at med en økning i temperaturen på løsningen, akselererer veksthastigheten til groper, og diffusjonshastigheten av ioner i løsningen øker også.Når temperaturen stiger til 65 °C, bremser oppløsningen av oksygen i en løsning som inneholder Cl-ioner den katodiske reaksjonsprosessen, og gropdannelseshastigheten reduseres.Han20 undersøkte effekten av temperatur på korrosjonsadferden til 2205 dupleks rustfritt stål i et CO2-miljø.Resultatene viste at en økning i temperatur økte mengden korrosjonsprodukter og arealet av krympehulrom på overflaten av materialet.På samme måte, når temperaturen stiger til 150 °C, brytes oksidfilmen på overflaten, og tettheten av kratere er høyest.Lu4 undersøkte effekten av temperatur på korrosjonsadferden til 2205 dupleks rustfritt stål fra passivering til aktivering i et geotermisk miljø som inneholder CO2.Resultatene deres viser at ved en testtemperatur under 150 °C har den dannede filmen en karakteristisk amorf struktur, og det indre grensesnittet inneholder et nikkelrikt lag, og ved en temperatur på 300 °C har det resulterende korrosjonsproduktet en struktur i nanoskala .-polykrystallinsk FeCr2O4, CrOOH og NiFe2O4.
På fig.11 er et diagram over korrosjons- og filmdannelsesprosessen til 2205 DSS.Før bruk danner 2205 DSS en passiverende film i atmosfæren.Etter å ha blitt nedsenket i et miljø som simulerer en løsning som inneholder løsninger med høyt innhold av Cl- og CO2, blir overflaten raskt omgitt av ulike aggressive ioner (Cl-, CO32-, etc.).).J. Banas 65 kom til den konklusjon at i et miljø hvor CO2 er tilstede samtidig, vil stabiliteten til den passiverende filmen på overflaten av materialet avta med tiden, og den dannede karbonsyren har en tendens til å øke ledningsevnen til ioner i den passiverende. lag.film og akselerasjon av oppløsning av ioner i en passiverende film.passiverende film.Dermed er filmlaget på prøveoverflaten i et dynamisk likevektsstadium av oppløsning og repassivering66, Cl- reduserer dannelseshastigheten til overflatefilmlaget, og små gropgroper vises på det tilstøtende området av filmoverflaten, som vist i figur 3. Vis.Som vist i figur 11a og b, dukker det opp små ustabile korrosjonsgroper samtidig.Når temperaturen stiger, øker aktiviteten til korrosive ioner i løsning på filmlaget, og dybden til de små ustabile gropene øker til filmlaget er fullstendig penetrert av det gjennomsiktige, som vist i figur 11c.Med en ytterligere økning i temperaturen til oppløsningsmediet akselererer innholdet av oppløst CO2 i løsningen, noe som fører til en reduksjon i pH-verdien til løsningen, en økning i tettheten til de minste ustabile korrosjonsgropene på SPP-overflaten dybden av de innledende korrosjonsgropene utvides og blir dypere, og den passiverende filmen på prøveoverflaten Når tykkelsen avtar, blir passiveringen av filmen mer utsatt for groper som vist i figur 11d.Og de elektrokjemiske resultatene bekreftet i tillegg at endringen i temperaturen har en viss effekt på filmens integritet og tetthet.Dermed kan man se at korrosjon i løsninger mettet med CO2 som inneholder høye konsentrasjoner av Cl- er vesentlig forskjellig fra korrosjon i løsninger som inneholder lave konsentrasjoner av Cl-67,68.
Korrosjonsprosess 2205 DSS med dannelse og ødeleggelse av en ny film.(a) Prosess 1, (b) Prosess 2, (c) Prosess 3, (d) Prosess 4.
Den gjennomsnittlige kritiske groptemperaturen på 2205 DSS i en simulert løsning som inneholder 100 g/l Cl– og mettet CO2 er 66,9 ℃, og maksimal gropdybde er 12,9 µm, noe som reduserer korrosjonsmotstanden til 2205 DSS og øker følsomheten for gropdannelse.temperaturøkning.
Innleggstid: 16. februar 2023