Paldies, ka apmeklējāt vietni Nature.com.Jūs izmantojat pārlūkprogrammas versiju ar ierobežotu CSS atbalstu.Lai nodrošinātu vislabāko pieredzi, ieteicams izmantot atjauninātu pārlūkprogrammu (vai atspējot saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer).Turklāt, lai nodrošinātu pastāvīgu atbalstu, mēs rādām vietni bez stiliem un JavaScript.
Vienlaicīgi parāda trīs slaidu karuseli.Izmantojiet pogas Iepriekšējais un Nākamais, lai pārvietotos pa trim slaidiem vienlaikus, vai izmantojiet slīdņa pogas, kas atrodas beigās, lai pārvietotos pa trim slaidiem vienlaikus.
Duplex 2205 nerūsējošajam tēraudam (DSS) ir laba izturība pret koroziju, pateicoties tā tipiskajai dupleksajai struktūrai, taču arvien skarbākā CO2 saturošā naftas un gāzes vide izraisa dažādas korozijas pakāpes, īpaši punktveida veidošanos, kas nopietni apdraud naftas un dabīgās eļļas drošību un uzticamību. gāzes lietojumi.gāzes attīstība.Šajā darbā tiek izmantots imersijas tests un elektroķīmiskais tests kombinācijā ar lāzera konfokālo mikroskopiju un rentgena fotoelektronu spektroskopiju.Rezultāti liecināja, ka vidējā kritiskā temperatūra 2205 DSS bedrēšanai bija 66,9 °C.Ja temperatūra ir augstāka par 66,9 ℃, tiek samazināts punktveida sabrukšanas potenciāls, pasivācijas intervāls un paškorozijas potenciāls, tiek palielināts izmēra pasivācijas strāvas blīvums un palielināta punktveida izsitumu jutība.Tālāk paaugstinoties temperatūrai, samazinās kapacitatīvā loka 2205 DSS rādiuss, pakāpeniski samazinās virsmas pretestība un lādiņa pārneses pretestība, kā arī donoru un akceptoru nesēju blīvums produkta plēves slānī ar n + p-bipolāriem raksturlielumiem. palielinās, samazinās Cr oksīdu saturs plēves iekšējā slānī, palielinās Fe oksīdu saturs ārējā slānī, palielinās plēves slāņa šķīdība, samazinās stabilitāte, palielinās bedru skaits un poru izmērs.
Straujās ekonomiskās un sociālās attīstības un sociālā progresa apstākļos pieprasījums pēc naftas un gāzes resursiem turpina pieaugt, liekot naftas un gāzes attīstībai pakāpeniski pāriet uz dienvidrietumu un piekrastes apgabaliem ar smagākiem apstākļiem un vidi, tāpēc caurumu caurules kļūst arvien smagākas..Pasliktināšanās 1,2,3.Naftas un gāzes izpētes jomā, kad saražotajā šķidrumā palielinās CO2 4 un sāļums un hlora saturs 5, 6, parastā 7 oglekļa tērauda caurule tiek pakļauta nopietnai korozijai, pat ja caurules virknē tiek iesūknēti korozijas inhibitori, koroziju nevar efektīvi nomākt tērauds vairs nevar atbilst ilgstošas darbības prasībām skarbā korozīvā CO28,9,10 vidē.Pētnieki pievērsās dupleksajam nerūsējošajam tēraudam (DSS) ar labāku izturību pret koroziju.2205 DSS, ferīta un austenīta saturs tēraudā ir aptuveni 50%, tai ir izcilas mehāniskās īpašības un izturība pret koroziju, virsmas pasivācijas plēve ir blīva, tai ir lieliska vienmērīga izturība pret koroziju, cena ir zemāka nekā sakausējumiem uz niķeļa bāzes 11 , 12. Tādējādi 2205 DSS parasti izmanto kā spiedtvertni korozīvā vidē, naftas urbuma korpusu korozīvā CO2 vidē, ūdens dzesētāju kondensācijas sistēmai jūrā naftas un ķīmijas laukos 13, 14, 15, bet 2205 DSS var būt arī kodīga perforācija. servisā.
Šobrīd valstī un ārzemēs ir veikti daudzi CO2 un Cl punktveida korozijas 2205 DSS pētījumi [16,17,18].Ebrahimi19 atklāja, ka kālija dihromāta sāls pievienošana NaCl šķīdumam var kavēt 2205 DSS bedrīšu veidošanos, un kālija dihromāta koncentrācijas palielināšana paaugstina 2205 DSS punktu veidošanās kritisko temperatūru.Tomēr 2205 DSS potenciāls palielinās, jo kālija dihromātam tiek pievienota noteikta NaCl koncentrācija, un samazinās, palielinoties NaCl koncentrācijai.Han20 parāda, ka 30 līdz 120°C temperatūrā 2205 DSS pasivējošās plēves struktūra ir Cr2O3 iekšējā slāņa, FeO ārējā slāņa un bagātīgā Cr maisījums;temperatūrai paaugstinoties līdz 150 °C, pasivācijas plēve izšķīst., iekšējā struktūra mainās uz Cr2O3 un Cr(OH)3, bet ārējais slānis mainās uz Fe(II,III) oksīdu un Fe(III) hidroksīdu.Peguet21 atklāja, ka S2205 nerūsējošā tērauda stacionāra punktu veidošanās NaCl šķīdumā parasti notiek nevis zem kritiskās punktu veidošanās temperatūras (CPT), bet gan transformācijas temperatūras diapazonā (TTI).Thiadi22 secināja, ka, palielinoties NaCl koncentrācijai, S2205 DSS izturība pret koroziju ievērojami samazinās, un, jo negatīvāks ir pielietotais potenciāls, jo sliktāka ir materiāla izturība pret koroziju.
Šajā rakstā tika izmantota dinamiskā potenciāla skenēšana, pretestības spektroskopija, konstants potenciāls, Mota-Šotki līkne un optiskā elektronu mikroskopija, lai pētītu augsta sāļuma, augstas Cl koncentrācijas un temperatūras ietekmi uz 2205 DSS korozijas izturēšanos.un fotoelektronu spektroskopija, kas nodrošina teorētisko bāzi 2205 DSS drošai darbībai naftas un gāzes vidē, kas satur CO2.
Testa materiāls ir izvēlēts no šķīduma apstrādāta tērauda 2205 DSS (tērauda marka 110ksi), un galvenais ķīmiskais sastāvs ir parādīts 1. tabulā.
Elektroķīmiskā parauga izmērs ir 10 mm × 10 mm × 5 mm, to notīra ar acetonu, lai noņemtu eļļu un absolūto etanolu, un žāvē.Testa daļas aizmugure ir pielodēta, lai savienotu atbilstoša garuma vara stiepli.Pēc metināšanas izmantojiet multimetru (VC9801A), lai pārbaudītu metinātā testa parauga elektrisko vadītspēju, un pēc tam noblīvējiet nestrādājošo virsmu ar epoksīdu.Izmantojiet 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# silīcija karbīda ūdens smilšpapīru, lai pulētu pulēšanas mašīnas darba virsmu ar 0,25um pulēšanas līdzekli līdz virsmas raupjumam Ra≤1,6um, un visbeidzot notīriet un ievietojiet termostatā. .
Tika izmantota Priston (P4000A) elektroķīmiskā darbstacija ar trīs elektrodu sistēmu.Par palīgelektrodu kalpoja platīna elektrods (Pt) ar laukumu 1 cm2, kā darba elektrods tika izmantots DSS 2205 (ar laukumu 1 cm2), bet atsauces elektrods (Ag/AgCl). lietots.Testā izmantotais modeļa risinājums tika sagatavots saskaņā ar (2. tabula).Pirms testa 1 stundu tika izvadīts augstas tīrības pakāpes N2 šķīdums (99,99%), un pēc tam 30 minūtes tika izvadīts CO2, lai dezoksigenētu šķīdumu., un CO2 šķīdumā vienmēr bija piesātinātā stāvoklī.
Vispirms ievietojiet paraugu tvertnē, kurā ir testa šķīdums, un novietojiet to nemainīgas temperatūras ūdens vannā.Sākotnējā iestatīšanas temperatūra ir 2°C, un temperatūras paaugstināšanās tiek kontrolēta ar ātrumu 1°C/min, un temperatūras diapazons tiek kontrolēts.2-80°C temperatūrā.Celsija.Pārbaude sākas ar nemainīgu potenciālu (-0,6142 Vs.Ag/AgCl), un testa līkne ir It līkne.Saskaņā ar kritisko punktu temperatūras testa standartu It līkne var būt zināma.Temperatūru, kurā strāvas blīvums paaugstinās līdz 100 μA/cm2, sauc par kritisko punktveida temperatūru.Vidējā kritiskā temperatūra bedrīšu veidošanā ir 66,9 °C.Testa temperatūras polarizācijas līknei un pretestības spektram tika izvēlētas attiecīgi 30°C, 45°C, 60°C un 75°C, un testu atkārtoja trīs reizes tādos pašos parauga apstākļos, lai samazinātu iespējamās novirzes.
Metāla paraugs, kas tika pakļauts šķīdumam, vispirms tika polarizēts ar katoda potenciālu (-1,3 V) 5 minūtes pirms potenciodinamiskās polarizācijas līknes pārbaudes, lai novērstu oksīda plēvi, kas veidojas uz parauga darba virsmas, un pēc tam ar atvērtas ķēdes potenciālu 1 h, līdz korozijas spriegums netiks noteikts.Dinamiskā potenciāla polarizācijas līknes skenēšanas ātrums tika iestatīts uz 0,333 mV/s, un skenēšanas intervāla potenciāls tika iestatīts uz -0,3 ~ 1,2 V pret OCP.Lai nodrošinātu testa precizitāti, tie paši testa apstākļi tika atkārtoti 3 reizes.
Impedances spektra pārbaudes programmatūra – Versa Studio.Pārbaude vispirms tika veikta ar vienmērīgu atvērtās ķēdes potenciālu, mainīgo traucējumu sprieguma amplitūda tika iestatīta uz 10 mV, un mērījumu frekvence tika iestatīta uz 10–2–105 Hz.spektra dati pēc pārbaudes.
Pašreizējā laika līknes testēšanas process: atlasiet dažādus pasivācijas potenciālus atbilstoši anodiskās polarizācijas līknes rezultātiem, izmēriet It līkni pie nemainīga potenciāla un pielāgojiet dubultlogaritma līkni, lai aprēķinātu pielāgotās līknes slīpumu filmas analīzei.pasivējošās plēves veidošanās mehānisms.
Kad atvērtās ķēdes spriegums stabilizējas, veiciet Mota-Šotki līknes testu.Testa potenciāla skenēšanas diapazons 1,0–1,0 V (vS.Ag/AgCl), skenēšanas ātrums 20mV/s, testa frekvence iestatīta uz 1000Hz, ierosmes signāls 5mV.
Izmantojiet rentgenstaru fotoelektronu spektroskopiju (XPS) (ESCALAB 250Xi, Apvienotā Karaliste), lai pēc 2205 DSS plēves veidošanās pārbaudītu virsmas pasivācijas plēves sastāvu un ķīmisko stāvokli un veiktu mērījumu datu pīķa atbilstības apstrādi, izmantojot izcilu programmatūru.salīdzinot ar atomu spektru datubāzēm un saistīto literatūru23 un kalibrētas, izmantojot C1s (284,8 eV).Paraugu korozijas morfoloģija un bedru dziļums tika raksturots, izmantojot īpaši dziļu optisko digitālo mikroskopu (Zeiss Smart Zoom5, Vācija).
Paraugs tika pārbaudīts ar tādu pašu potenciālu (-0,6142 V rel. Ag/AgCl) ar konstanta potenciāla metodi un tika reģistrēta korozijas strāvas līkne ar laiku.Saskaņā ar CPT testa standartu polarizācijas strāvas blīvums pakāpeniski palielinās, palielinoties temperatūrai.1 parāda 2205 DSS kritisko punktu veidošanās temperatūru simulētā šķīdumā, kas satur 100 g/l Cl– un piesātinātu CO2.Redzams, ka zemā šķīduma temperatūrā strāvas blīvums praktiski nemainās, palielinoties testēšanas laikam.Un, kad šķīduma temperatūra palielinājās līdz noteiktai vērtībai, strāvas blīvums strauji palielinājās, norādot, ka pasivējošās plēves šķīšanas ātrums palielinājās, palielinoties šķīduma temperatūrai.Palielinot cietā šķīduma temperatūru no 2 °C līdz aptuveni 67 °C, 2205DSS polarizācijas strāvas blīvums palielinās līdz 100 µA/cm2, un 2205DSS vidējā kritiskā punktveida temperatūra ir 66,9 °C, kas ir aptuveni 16,6 °C. augstāks nekā 2205DSS.standarta 3,5 masas% NaCl (0,7 V)26.Kritiskā punktu veidošanās temperatūra ir atkarīga no pielietotā potenciāla mērījuma laikā: jo zemāks ir pielietotais potenciāls, jo augstāka ir izmērītā kritiskā punktu veidošanās temperatūra.
Punktu noteikšanas kritiskās temperatūras līkne no 2205 dupleksa nerūsējošā tērauda imitētā šķīdumā, kas satur 100 g/L Cl– un piesātinātu CO2.
Uz att.2 parāda 2205 DSS maiņstrāvas pretestības diagrammas simulētos šķīdumos, kas satur 100 g/l Cl- un piesātinātu CO2 dažādās temperatūrās.Var redzēt, ka 2205DSS Nyquist diagramma dažādās temperatūrās sastāv no augstfrekvences, vidējas frekvences un zemas frekvences pretestības-kapacitātes lokiem, un pretestības-kapacitātes loki nav pusapaļi.Kapacitatīvā loka rādiuss atspoguļo pasivējošās plēves pretestības vērtību un lādiņa pārneses pretestības vērtību elektrodu reakcijas laikā.Ir vispāratzīts, ka jo lielāks ir kapacitatīvā loka rādiuss, jo labāka ir metāla pamatnes izturība pret koroziju šķīdumā27.Pie šķīduma temperatūras 30 °C kapacitatīvā loka rādiuss Nikvista diagrammā un fāzes leņķis pretestības moduļa diagrammā |Z|Bode ir visaugstākais un 2205 DSS korozija ir viszemākā.Palielinoties šķīduma temperatūrai, |Z|samazinās pretestības modulis, loka rādiuss un šķīduma pretestība, turklāt starpfrekvences reģionā samazinās arī fāzes leņķis no 79 Ω līdz 58 Ω, uzrādot plašu maksimumu un blīvu iekšējo slāni un retu (porainu) ārējo slāni. nehomogēnas pasīvās plēves iezīmes28.Tāpēc, paaugstinoties temperatūrai, uz metāla pamatnes virsmas izveidojusies pasivējošā plēve izšķīst un saplaisā, kas vājina pamatnes aizsargājošās īpašības un pasliktina materiāla izturību pret koroziju29.
Izmantojot programmatūru ZSimDeme, lai pielāgotu pretestības spektra datus, uzstādītā ekvivalentā ķēde ir parādīta 330. attēlā, kur Rs ir simulētā šķīduma pretestība, Q1 ir plēves kapacitāte, Rf ir ģenerētās pasivējošās plēves pretestība, Q2 ir dubultā. slāņa kapacitāte, un Rct ir lādiņa pārneses pretestība.No iekļaušanas tabulā rezultātiem.3. attēlā redzams, ka, palielinoties simulētā šķīduma temperatūrai, n1 vērtība samazinās no 0,841 līdz 0,769, kas norāda uz spraugas palielināšanos starp divslāņu kondensatoriem un blīvuma samazināšanos.Lādiņa pārneses pretestība Rct pakāpeniski samazinājās no 2,958 × 1014 līdz 2, 541 × 103 Ω cm2, kas liecināja par pakāpenisku materiāla izturības pret koroziju samazināšanos.Šķīduma pretestība Rs samazinājās no 2,953 līdz 2,469 Ω cm2, un pasivējošās plēves kapacitāte Q2 samazinājās no 5,430 10-4 līdz 1,147 10-3 Ω cm2, palielinājās šķīduma vadītspēja, samazinājās pasivējošās plēves stabilitāte. , un šķīdums Cl-, SO42- utt.) barotnē palielinās, kas paātrina pasivējošās plēves iznīcināšanu31.Tas noved pie plēves pretestības Rf samazināšanās (no 4662 līdz 849 Ω cm2) un polarizācijas pretestības Rp (Rct+Rf) samazināšanās, kas veidojas uz dupleksā nerūsējošā tērauda virsmas.
Tāpēc šķīduma temperatūra ietekmē DSS 2205 izturību pret koroziju. Zemā šķīduma temperatūrā starp katodu un anodu notiek reakcijas process Fe2 + klātbūtnē, kas veicina ātru šķīduma šķīšanu un koroziju. anods, kā arī uz virsmas izveidotās plēves pasivēšana, pilnīgāks un lielāks Blīvums, lielāka pretestības lādiņa pārnese starp šķīdumiem, palēnina metāla matricas šķīšanu un uzrāda labāku izturību pret koroziju.Palielinoties šķīduma temperatūrai, samazinās pretestība pret lādiņa pārnesi Rct, paātrinās reakcijas ātrums starp šķīdumā esošajiem joniem un paātrinās agresīvo jonu difūzijas ātrums, tādējādi uz virsmas atkal veidojas sākotnējie korozijas produkti. substrāts no metāla pamatnes virsmas.Plānāka pasivējošā plēve vājina pamatnes aizsargājošās īpašības.
Uz att.4. attēlā parādītas 2205 DSS dinamiskās potenciāla polarizācijas līknes simulētos šķīdumos, kas satur 100 g/l Cl– un piesātinātu CO2 dažādās temperatūrās.No attēla var redzēt, ka, ja potenciāls ir diapazonā no -0,4 līdz 0,9 V, anoda līknēm dažādās temperatūrās ir acīmredzami pasivācijas apgabali, un paškorozijas potenciāls ir aptuveni -0,7 līdz -0,5 V. blīvums palielina strāvu līdz 100 μA/cm233 anoda līkni parasti sauc par punktveida potenciālu (Eb vai Etra).Temperatūrai paaugstinoties, pasivācijas intervāls samazinās, paškorozijas potenciāls samazinās, korozijas strāvas blīvumam ir tendence palielināties, un polarizācijas līkne nobīdās uz leju pa labi, kas norāda, ka modelētajā šķīdumā DSS 2205 veidotajai plēvei ir aktīva aktivitāte.saturs 100 g/l Cl– un piesātināts CO2, palielina jutību pret punktkoroziju, ir viegli bojāts ar agresīviem joniem, kā rezultātā palielinās metāla matricas korozija un samazinās izturība pret koroziju.
No 4. tabulas redzams, ka, temperatūrai paaugstinoties no 30°C līdz 45°C, attiecīgais pārpasivācijas potenciāls nedaudz samazinās, bet attiecīgā izmēra pasivācijas strāvas blīvums būtiski palielinās, kas liecina, ka pasivējošās plēves aizsardzība zem šiem. apstākļi palielinās, palielinoties temperatūrai.Kad temperatūra sasniedz 60°C, atbilstošais punktu veidošanās potenciāls ievērojami samazinās, un šī tendence kļūst skaidrāka, temperatūrai paaugstinoties.Jāņem vērā, ka pie 75°C attēlā parādās ievērojams pārejas strāvas maksimums, kas norāda uz metastabilas punktveida korozijas klātbūtni parauga virsmā.
Tāpēc, paaugstinoties šķīduma temperatūrai, samazinās šķīdumā izšķīdinātā skābekļa daudzums, samazinās plēves virsmas pH vērtība un pasīvās plēves stabilitāte.Turklāt, jo augstāka ir šķīduma temperatūra, jo augstāka ir agresīvo jonu aktivitāte šķīdumā un lielāks ir substrāta virsmas plēves slāņa bojājuma ātrums.Plēves slānī izveidotie oksīdi viegli nokrīt un reaģē ar katjoniem plēves slānī, veidojot šķīstošus savienojumus, palielinot bedrīšu veidošanās iespējamību.Tā kā reģenerētais plēves slānis ir salīdzinoši irdens, aizsargājošais efekts uz pamatni ir zems, kas palielina metāla pamatnes koroziju.Dinamiskās polarizācijas potenciāla testa rezultāti atbilst pretestības spektroskopijas rezultātiem.
Uz att.5.a attēlā parādītas tā līknes 2205 DSS modelī, kas satur 100 g/l Cl– un piesātinātu CO2.Pasivācijas strāvas blīvums kā laika funkcija tika iegūts pēc polarizācijas dažādās temperatūrās 1 h pie potenciāla -300 mV (attiecībā pret Ag/AgCl).Var redzēt, ka 2205 DSS pasivācijas strāvas blīvuma tendence pie tāda paša potenciāla un dažādām temperatūrām būtībā ir vienāda, un tendence ar laiku pakāpeniski samazinās un mēdz būt vienmērīga.Pakāpeniski paaugstinoties temperatūrai, palielinājās 2205 DSS pasivācijas strāvas blīvums, kas atbilda polarizācijas rezultātiem, kas arī norādīja, ka plēves slāņa aizsargājošie raksturlielumi uz metāla pamatnes samazinājās, palielinoties šķīduma temperatūrai.
2205 DSS potenciostatiskās polarizācijas līknes pie tāda paša plēves veidošanās potenciāla un dažādām temperatūrām.(a) strāvas blīvums pret laiku, (b) pasīvās plēves augšanas logaritms.
Izpētiet saistību starp pasivācijas strāvas blīvumu un laiku dažādās temperatūrās vienam un tam pašam plēves veidošanās potenciālam, kā parādīts (1)34:
Kur i ir pasivācijas strāvas blīvums pie plēves veidošanās potenciāla, A/cm2.A ir darba elektroda laukums, cm2.K ir tai piestiprinātās līknes slīpums.t laiks, s
Uz att.5b attēlā parādītas logI un logt līknes 2205 DSS dažādās temperatūrās ar tādu pašu plēves veidošanās potenciālu.Saskaņā ar literatūras datiem35, kad līnijas slīpums K = -1, uz pamatnes virsmas izveidotais plēves slānis ir blīvāks un tam ir labāka korozijas izturība pret metāla pamatni.Un, kad taisnās līnijas slīpums K = -0,5, uz virsmas izveidotais plēves slānis ir vaļīgs, tajā ir daudz mazu caurumu un tam ir slikta korozijas izturība pret metāla pamatni.Redzams, ka 30°C, 45°C, 60°C un 75°C temperatūrā plēves slāņa struktūra mainās no blīvām porām uz vaļīgām porām atbilstoši izvēlētajam lineārajam slīpumam.Saskaņā ar punktu defekta modeli (PDM)36,37 var redzēt, ka testa laikā pielietotais potenciāls neietekmē strāvas blīvumu, norādot, ka temperatūra tieši ietekmē anoda strāvas blīvuma mērījumu testa laikā, tāpēc strāva. palielinās, palielinoties temperatūrai.šķīdums, un 2205 DSS blīvums palielinās, un izturība pret koroziju samazinās.
Uz DSS izveidotā plānslāņa slāņa pusvadītāju īpašības ietekmē tā izturību pret koroziju38, pusvadītāja veids un plānās kārtiņas nesēja blīvums ietekmē plaisāšanu un plaisāšanu un iedobumu veidošanos plānā kārtiņā DSS39,40, kur kapacitāte C un E potenciālais plānslāņa slānis apmierina sakarību MS, pusvadītāja telpas lādiņu aprēķina šādi:
Formulā ε ir pasivējošās plēves caurlaidība istabas temperatūrā, kas vienāda ar 1230, ε0 ir vakuuma caurlaidība, kas vienāda ar 8,85 × 10–14 F/cm, E ir sekundārais lādiņš (1,602 × 10–19 C) ;ND ir n-tipa pusvadītāju donoru blīvums, cm–3, NA ir p-tipa pusvadītāja akceptora blīvums, cm–3, EFB ir plakanjoslas potenciāls, V, K ir Bolcmaņa konstante, 1,38 × 10–3 .23 J/K, T – temperatūra, K.
Pielāgotās līnijas slīpumu un krustpunktu var aprēķināt, izmērītajai MS līknei, pielietotajai koncentrācijai (ND), pieņemtajai koncentrācijai (NA) un plakanās joslas potenciālam (Efb) 42 pielāgojot lineāro atdalīšanu.
Uz att.6. attēlā parādīta 2205 DSS plēves virsmas slāņa Mota-Šotki līkne, kas izveidota simulētā šķīdumā, kas satur 100 g/l Cl- un piesātināts ar CO2 ar potenciālu (-300 mV) 1 stundu.Redzams, ka visiem plānās kārtiņas slāņiem, kas veidojas dažādās temperatūrās, piemīt n+p tipa bipolāru pusvadītāju īpašības.n tipa pusvadītājam ir šķīduma anjonu selektivitāte, kas var novērst nerūsējošā tērauda katjonu izkliedēšanos šķīdumā caur pasivācijas plēvi, savukārt p veida pusvadītājam ir katjonu selektivitāte, kas var novērst korozīvo anjonu šķērsošanu šķīdumā. ārā uz pamatnes virsmas 26 .Var arī redzēt, ka starp abām pieguļošām līknēm notiek vienmērīga pāreja, plēve atrodas plakanās joslas stāvoklī, un plakanās joslas potenciālu Efb var izmantot, lai noteiktu pusvadītāja enerģijas joslas pozīciju un novērtētu tās elektroķīmisko stāvokli. stabilitāte43..
Saskaņā ar MC līknes pielāgošanas rezultātiem, kas parādīti 5. tabulā, tika aprēķināta izejošā koncentrācija (ND) un uztveršanas koncentrācija (NA) un plakanās joslas potenciāls Efb 44 ar tādu pašu lielumu.Pielietotās nesošās strāvas blīvums galvenokārt raksturo punktveida defektus telpas lādiņa slānī un pasivējošās plēves potenciālu.Jo lielāka ir uzklātā nesēja koncentrācija, jo vieglāk plīst plēves slānis un lielāka substrāta korozijas iespējamība45.Turklāt, pakāpeniski paaugstinoties šķīduma temperatūrai, ND emitētāja koncentrācija plēves slānī palielinājās no 5,273 × 1020 cm-3 līdz 1,772 × 1022 cm-3, un NA saimnieka koncentrācija palielinājās no 4,972 × 1021 līdz 4,592. × 1023.cm – kā parādīts attēlā.3, plakanās joslas potenciāls palielinās no 0,021 V līdz 0,753 V, palielinās nesēju skaits šķīdumā, pastiprinās reakcija starp šķīdumā esošajiem joniem un samazinās plēves slāņa stabilitāte.Palielinoties šķīduma temperatūrai, jo mazāka ir tuvinātās līnijas slīpuma absolūtā vērtība, jo lielāks ir nesēju blīvums šķīdumā, jo lielāks ir difūzijas ātrums starp joniem un jo lielāks ir jonu brīvo vietu skaits uz plēves slāņa virsma., tādējādi samazinot metāla pamatni, stabilitāti un izturību pret koroziju 46,47.
Plēves ķīmiskais sastāvs būtiski ietekmē metāla katjonu stabilitāti un pusvadītāju veiktspēju, un temperatūras maiņa būtiski ietekmē nerūsējošā tērauda plēves veidošanos.Uz att.7. attēlā parādīts 2205 DSS plēves virsmas slāņa pilns XPS spektrs imitētā šķīdumā, kas satur 100 g/l Cl– un piesātinātu CO2.Galvenie elementi plēvēs, ko veido skaidas dažādās temperatūrās, būtībā ir vienādi, un plēvju galvenās sastāvdaļas ir Fe, Cr, Ni, Mo, O, N un C. Tāpēc plēves slāņa galvenās sastāvdaļas ir Fe , Cr, Ni, Mo, O, N un C. Konteiners ar Cr oksīdiem, Fe oksīdiem un hidroksīdiem un nelielu daudzumu Ni un Mo oksīdu.
Pilni XPS 2205 DSS spektri, kas ņemti dažādās temperatūrās.(a) 30°С, (b) 45°С, (c) 60°С, (d) 75°С.
Plēves galvenais sastāvs ir saistīts ar pasivējošās plēves savienojumu termodinamiskajām īpašībām.Saskaņā ar galveno elementu saistīšanas enerģiju plēves slānī, kas norādīta tabulā.6, redzams, ka Cr2p3/2 raksturīgās spektrālās virsotnes ir sadalītas metāla Cr0 (573,7 ± 0,2 eV), Cr2O3 (574,5 ± 0,3 eV) un Cr(OH)3 (575,4 ± 0,1 eV) kā parādīts 8.a attēlā, kurā Cr elementa veidotais oksīds ir galvenā plēves sastāvdaļa, kam ir svarīga loma plēves izturības pret koroziju un tās elektroķīmiskajā veiktspējā.Cr2O3 relatīvā maksimālā intensitāte plēves slānī ir augstāka nekā Cr(OH)3.Tomēr, pieaugot cietā šķīduma temperatūrai, Cr2O3 relatīvais maksimums pakāpeniski vājinās, savukārt Cr(OH)3 relatīvais maksimums pakāpeniski palielinās, kas norāda uz acīmredzamu galvenā Cr3+ transformāciju plēves slānī no Cr2O3 uz Cr(OH) 3, un šķīduma temperatūra palielinās.
Fe2p3/2 raksturīgā spektra pīķu saistīšanās enerģiju galvenokārt veido četri metāliskā stāvokļa Fe0 (706,4 ± 0,2 eV), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 eV), FeO (709,5 ± 0,1 eV) un FeOOH (713,1) pīķi. eV) ± 0,3 eV), kā parādīts 8.b attēlā, Fe galvenokārt atrodas izveidotajā plēvē Fe2+ un Fe3+ formā.Fe2+ no FeO dominē Fe (II) zemākās saistīšanas enerģijas virsotnēs, savukārt Fe3O4 un Fe (III) FeOOH savienojumi dominē augstākās saistīšanas enerģijas pīķos48, 49.Fe3+ pīķa relatīvā intensitāte ir augstāka nekā Fe2+, bet Fe3+ pīķa relatīvā intensitāte samazinās, palielinoties šķīduma temperatūrai, un Fe2+ pīķa relatīvā intensitāte palielinās, kas liecina par galvenās vielas izmaiņām plēves slānī no plkst. Fe3+ uz Fe2+, lai paaugstinātu šķīduma temperatūru.
Mo3d5/2 raksturīgās spektrālās virsotnes galvenokārt sastāv no divām pīķu pozīcijām Mo3d5/2 un Mo3d3/243.50, savukārt Mo3d5/2 ietver metālisko Mo (227.5 ± 0.3 eV), Mo4+ (228.9 ± 0.2 eV) un Mo6+ (229.4 eV ± 0.3 eV). ), savukārt Mo3d3/2 satur arī metālisko Mo (230,4 ± 0,1 eV), Mo4+ (231,5 ± 0,2 eV) un Mo6+ (232, 8 ± 0,1 eV), kā parādīts 8.c attēlā, tāpēc Mo elementi pastāv vairāk nekā trīs valences. plēves slāņa stāvoklis.Ni2p3/2 raksturīgo spektrālo maksimumu saistīšanās enerģijas sastāv no Ni0 (852,4 ± 0,2 eV) un NiO (854,1 ± 0,2 eV), kā parādīts attiecīgi 8.g attēlā.Raksturīgo N1s maksimumu veido N (399,6 ± 0,3 eV), kā parādīts 8.d attēlā.Raksturīgās O1s virsotnes ietver O2- (529,7 ± 0,2 eV), OH- (531,2 ± 0,2 eV) un H2O (531,8 ± 0,3 eV), kā parādīts attēlā. Galvenās plēves slāņa sastāvdaļas ir (OH- un O2 -) , ko galvenokārt izmanto Cr un Fe oksidēšanai vai ūdeņraža oksidēšanai plēves slānī.OH relatīvā maksimālā intensitāte ievērojami palielinājās, temperatūrai paaugstinoties no 30 ° C līdz 75 ° C.Tāpēc, paaugstinoties temperatūrai, galvenais O2- materiāla sastāvs plēves slānī mainās no O2- uz OH- un O2-.
Uz att.9. attēlā parādīta parauga 2205 DSS mikroskopiskā virsmas morfoloģija pēc dinamiskas potenciāla polarizācijas modeļa šķīdumā, kas satur 100 g/L Cl– un piesātinātu CO2.Redzams, ka uz dažādās temperatūrās polarizētu paraugu virsmas ir dažādas pakāpes korozijas bedres, tas notiek agresīvu jonu šķīdumā, un, paaugstinoties šķīduma temperatūrai, uz sēnes rodas nopietnāka korozija. paraugu virsma.substrāts.Pieaug bedru skaits uz laukuma vienību un korozijas centru dziļums.
2205 DSS korozijas līknes modeļu šķīdumos, kas satur 100 g/l Cl– un piesātinātu CO2 dažādās temperatūrās (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c .
Līdz ar to temperatūras paaugstināšanās paaugstinās katras DSS komponentes aktivitāti, kā arī paaugstinās agresīvo jonu aktivitāti agresīvā vidē, izraisot zināmu parauga virsmas bojājumu, kas paaugstinās bedru veidošanās aktivitāti., un palielināsies korozijas bedru veidošanās.Palielināsies izstrādājumu veidošanās ātrums un samazināsies materiāla izturība pret koroziju51,52,53,54,55.
Uz att.10 parāda 2205 DSS parauga morfoloģiju un punktu dziļumu, kas polarizēts ar īpaši augsta lauka dziļuma optisko digitālo mikroskopu.No att.10.a attēlā redzams, ka ap lielām bedrēm parādījās arī mazākas korozijas bedrītes, kas norāda, ka pasivējošā plēve uz parauga virsmas tika daļēji iznīcināta, veidojoties korozijas bedrēm pie noteiktā strāvas blīvuma, un maksimālais bedrīšu dziļums bija 12, 9 µm.kā parādīts 10.b attēlā.
DSS uzrāda labāku izturību pret koroziju, galvenais iemesls ir tas, ka uz tērauda virsmas izveidotā plēve ir labi aizsargāta šķīdumā, Mott-Schottky, saskaņā ar iepriekš minētajiem XPS rezultātiem un saistīto literatūru 13,56,57,58, plēve galvenokārt iet cauri šādiem Tas ir Fe un Cr oksidēšanās process.
Fe2+ viegli izšķīst un izgulsnējas saskarnē 53 starp plēvi un šķīdumu, un katoda reakcijas process ir šāds:
Korodētajā stāvoklī veidojas divslāņu strukturālā plēve, kas galvenokārt sastāv no iekšējā dzelzs un hroma oksīdu slāņa un ārējā hidroksīda slāņa, un joni parasti aug plēves porās.Pasivējošās plēves ķīmiskais sastāvs ir saistīts ar tās pusvadītāju īpašībām, par ko liecina Mota-Šotki līkne, kas norāda, ka pasivējošās plēves sastāvs ir n+p tipa un tai ir bipolāri raksturlielumi.XPS rezultāti liecina, ka pasivējošās plēves ārējais slānis galvenokārt sastāv no Fe oksīdiem un hidroksīdiem, kuriem piemīt n-tipa pusvadītāju īpašības, un iekšējo slāni galvenokārt veido Cr oksīdi un hidroksīdi, kuriem piemīt p-tipa pusvadītāju īpašības.
2205 DSS ir augsta pretestība, pateicoties tā augstajam Cr17.54 saturam, un tai ir dažādas pakāpes punktveida veidošanās, ko izraisa mikroskopiskā galvaniskā korozija55 starp dupleksajām konstrukcijām.Punktu korozija ir viens no visizplatītākajiem korozijas veidiem DSS, un temperatūra ir viens no svarīgākajiem faktoriem, kas ietekmē punktveida korozijas uzvedību, un tas ietekmē DSS reakcijas termodinamiskos un kinētiskos procesus60,61.Parasti simulētajā šķīdumā ar augstu Cl– un piesātinātā CO2 koncentrāciju temperatūra ietekmē arī punktveida plaisāšanas veidošanos un plaisu rašanos sprieguma korozijas plaisāšanas laikā zem sprieguma korozijas plaisāšanas, un tiek noteikta punktu veidošanās kritiskā temperatūra, lai novērtētu. izturība pret koroziju.DSS.Materiālu, kas atspoguļo metāla matricas jutību pret temperatūru, parasti izmanto kā svarīgu atsauci materiālu izvēlē inženiertehniskos lietojumos.2205 DSS vidējā kritiskā punktveida temperatūra modelētajā šķīdumā ir 66,9°C, kas ir par 25,6°C augstāka nekā Super 13Cr nerūsējošajam tēraudam ar 3,5% NaCl, bet maksimālais punktu veidošanās dziļums sasniedza 12,9 µm62.Elektroķīmiskie rezultāti arī apstiprināja, ka fāzes leņķa un frekvences horizontālie apgabali sašaurinās, palielinoties temperatūrai, un, fāzes leņķim samazinoties no 79° līdz 58°, |Z|samazinās no 1,26×104 līdz 1,58×103 Ω cm2.lādiņa pārneses pretestība Rct samazinājās no 2,958 1014 līdz 2,541 103 Ω cm2, šķīduma pretestība Rs samazinājās no 2,953 līdz 2,469 Ω cm2, plēves pretestība Rf samazinājās no 5,430 10-4 cm2 līdz 1,147 10-3 cm2.Palielinās agresīvā šķīduma vadītspēja, samazinās metāla matricas plēves slāņa stabilitāte, tas viegli šķīst un plaisā.Paškorozijas strāvas blīvums palielinājās no 1,482 līdz 2,893×10-6 A cm-2, un paškorozijas potenciāls samazinājās no -0,532 līdz -0,621V.Var redzēt, ka temperatūras izmaiņas ietekmē plēves slāņa integritāti un blīvumu.
Gluži pretēji, augsta Cl-koncentrācija un piesātināts CO2 šķīdums pakāpeniski palielina Cl- adsorbcijas spēju pasivējošās plēves virsmā, pieaugot temperatūrai, pasivācijas plēves stabilitāte kļūst nestabila un aizsargājoša iedarbība uz plēvi. substrāts kļūst vājāks un palielinās jutība pret bedrēm.Šādā gadījumā šķīdumā paaugstinās korozīvo jonu aktivitāte, samazinās skābekļa saturs, un sarūsējušā materiāla virsmas plēve ir grūti ātri atjaunojama, kas rada labvēlīgākus apstākļus korozīvo jonu tālākai adsorbcijai uz virsmas.Materiālu samazināšana63.Robinsons et al.[64] parādīja, ka, paaugstinoties šķīduma temperatūrai, paātrina bedru augšanas ātrumu un palielinās arī jonu difūzijas ātrums šķīdumā.Temperatūrai paaugstinoties līdz 65 °C, skābekļa šķīšana šķīdumā, kas satur Cl-jonus, palēnina katodiskās reakcijas procesu, samazinās punktveida veidošanās ātrums.Han20 pētīja temperatūras ietekmi uz 2205 dupleksa nerūsējošā tērauda korozijas izturēšanos CO2 vidē.Rezultāti parādīja, ka temperatūras paaugstināšanās palielināja korozijas produktu daudzumu un saraušanās dobumu laukumu uz materiāla virsmas.Tāpat, kad temperatūra paaugstinās līdz 150°C, oksīda plēve uz virsmas saplīst, un krāteru blīvums ir visaugstākais.Lu4 pētīja temperatūras ietekmi uz 2205 dupleksa nerūsējošā tērauda korozijas izturēšanos no pasivēšanas līdz aktivācijai ģeotermālā vidē, kas satur CO2.To rezultāti liecina, ka testa temperatūrā, kas zemāka par 150 °C, izveidotajai plēvei ir raksturīga amorfa struktūra, un iekšējā saskarne satur ar niķeli bagātu slāni, un 300 °C temperatūrā iegūtajam korozijas produktam ir nanomēroga struktūra. .-polikristālisks FeCr2O4, CrOOH un NiFe2O4.
Uz att.11 ir 2205 DSS korozijas un plēves veidošanās procesa diagramma.Pirms lietošanas 2205 DSS atmosfērā veido pasivējošu plēvi.Pēc iegremdēšanas vidē, kas imitē šķīdumu, kas satur šķīdumus ar augstu Cl- un CO2 saturu, tā virsmu ātri ieskauj dažādi agresīvi joni (Cl-, CO32- utt.).).J. Banas 65 nonāca pie secinājuma, ka vidē, kurā vienlaikus atrodas CO2, pasivējošās plēves stabilitāte uz materiāla virsmas laika gaitā samazināsies, un izveidotajai ogļskābei ir tendence palielināt jonu vadītspēju pasivēšanas procesā. slānis.plēve un jonu šķīšanas paātrināšana pasivējošā plēvē.pasivējošā plēve.Tādējādi plēves slānis uz parauga virsmas atrodas dinamiskā līdzsvara šķīšanas un repasivācijas stadijā66, Cl- samazina virsmas plēves slāņa veidošanās ātrumu, un plēves virsmas blakus zonā parādās sīkas bedrītes, kā parādīts 3. attēlā. Parādīt.Kā parādīts 11.a un b attēlā, vienlaikus parādās mazas nestabilas korozijas bedres.Paaugstinoties temperatūrai, palielinās korozīvo jonu aktivitāte šķīdumā uz plēves slāņa, un palielinās sīko nestabilo bedru dziļums, līdz plēves slānis pilnībā iekļūst caurspīdīgajā, kā parādīts 11.c attēlā.Ar turpmāku šķīdināšanas vides temperatūras paaugstināšanos izšķīdinātā CO2 saturs šķīdumā paātrinās, kas noved pie šķīduma pH vērtības samazināšanās, mazāko nestabilo korozijas bedru blīvuma palielināšanās uz SPP virsmas. , sākotnējo korozijas bedru dziļums paplašinās un padziļinās, un pasivējošā plēve uz parauga virsmas Samazinoties biezumam, pasivējošā plēve kļūst vairāk pakļauta punktveida veidošanās iespējai, kā parādīts 11.d attēlā.Un elektroķīmiskie rezultāti papildus apstiprināja, ka temperatūras izmaiņām ir noteikta ietekme uz plēves integritāti un blīvumu.Tādējādi var redzēt, ka korozija šķīdumos, kas piesātināti ar CO2, kas satur augstu Cl-koncentrāciju, būtiski atšķiras no korozijas šķīdumos, kas satur zemu Cl-67,68 koncentrāciju.
Korozijas process 2205 DSS ar jaunas plēves veidošanos un iznīcināšanu.(a) 1. process, (b) 2. process, (c) 3. process, (d) 4. process.
2205 DSS vidējā kritiskā punktveida temperatūra imitētajā šķīdumā, kas satur 100 g/l Cl– un piesātinātu CO2, ir 66,9 ℃, un maksimālais urbuma dziļums ir 12,9 µm, kas samazina 2205 DSS izturību pret koroziju un palielina jutību pret punktveida veidošanos.temperatūras paaugstināšanās.
Ievietošanas laiks: 16. februāris 2023