Hvala što ste posjetili Nature.com.Koristite verziju preglednika s ograničenom CSS podrškom.Za najbolje iskustvo preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru).Osim toga, kako bismo osigurali stalnu podršku, web stranicu prikazujemo bez stilova i JavaScripta.
Prikazuje vrtuljak od tri slajda odjednom.Koristite gumbe Prethodno i Sljedeće za pomicanje kroz tri slajda istovremeno ili koristite gumbe klizača na kraju za kretanje kroz tri slajda odjednom.
Duplex 2205 nehrđajući čelik (DSS) ima dobru otpornost na koroziju zbog svoje tipične duplex strukture, ali sve oštrije okruženje nafte i plina koje sadrži CO2 rezultira različitim stupnjevima korozije, osobito rupičaste korozije, što ozbiljno ugrožava sigurnost i pouzdanost ulja i prirodnih primjene plina.razvoj plina.U ovom radu koriste se imerzijsko ispitivanje i elektrokemijsko ispitivanje u kombinaciji s laserskom konfokalnom mikroskopijom i rendgenskom fotoelektronskom spektroskopijom.Rezultati su pokazali da je prosječna kritična temperatura za piting 2205 DSS bila 66,9 °C.Kada je temperatura viša od 66,9 ℃, potencijal rupičastog sloma, interval pasivacije i potencijal samokorozije se smanjuju, gustoća struje pasivizacije veličine se povećava, a osjetljivost na piting se povećava.S daljnjim povećanjem temperature, radijus kapacitivnog luka 2205 DSS se smanjuje, površinski otpor i otpor prijenosa naboja postupno se smanjuju, a gustoća donorskih i akceptorskih nositelja u filmskom sloju proizvoda s n + p-bipolarnim karakteristikama također raste, smanjuje se sadržaj Cr oksida u unutarnjem sloju filma, povećava se sadržaj Fe oksida u vanjskom sloju, povećava se otapanje sloja filma, smanjuje se stabilnost, povećava se broj jamica i veličina pora.
U kontekstu brzog gospodarskog i društvenog razvoja i društvenog napretka, potražnja za izvorima nafte i plina nastavlja rasti, prisiljavajući razvoj nafte i plina da se postupno premješta u jugozapadna i pučinska područja s težim uvjetima i okolišem, tako da radni uvjeti bušotinske cijevi postaju sve ozbiljnije..Pogoršanje 1,2,3.U području istraživanja nafte i plina, kada se poveća CO2 4 i salinitet i sadržaj klora 5, 6 u proizvedenoj tekućini, obična cijev od ugljičnog čelika 7 podložna je ozbiljnoj koroziji, čak i ako se inhibitori korozije pumpaju u niz cijevi, korozija se ne može učinkovito suzbiti čelik više ne može zadovoljiti zahtjeve dugotrajnog rada u oštrim korozivnim CO28,9,10 okruženjima.Istraživači su se okrenuli dupleks nehrđajućem čeliku (DSS) s boljom otpornošću na koroziju.2205 DSS, sadržaj ferita i austenita u čeliku je oko 50%, ima izvrsna mehanička svojstva i otpornost na koroziju, sloj površinske pasivizacije je gust, ima izvrsnu ravnomjernu otpornost na koroziju, cijena je niža od cijene legura na bazi nikla 11 , 12. Stoga se 2205 DSS obično koristi kao tlačna posuda u korozivnom okruženju, kućište naftne bušotine u korozivnom CO2 okruženju, hladnjak vode za kondenzacijski sustav u naftnim i kemijskim poljima 13, 14, 15, ali 2205 DSS također može imati korozivnu perforaciju. u službi.
Trenutno su provedena mnoga istraživanja CO2- i Cl-piting korozije 2205 DSS u zemlji i inozemstvu [16,17,18].Ebrahimi19 je otkrio da dodavanje soli kalijevog dikromata u otopinu NaCl može spriječiti 2205 DSS pitting, a povećanje koncentracije kalijevog dikromata povećava kritičnu temperaturu 2205 DSS pittinga.Međutim, potencijal pitinga 2205 DSS povećava se zbog dodavanja određene koncentracije NaCl kalijevom dikromatu i smanjuje se s povećanjem koncentracije NaCl.Han20 pokazuje da je pri 30 do 120°C struktura 2205 DSS pasivirajućeg filma mješavina Cr2O3 unutarnjeg sloja, FeO vanjskog sloja i bogatog Cr;kada temperatura poraste na 150 °C, pasivacijski film se otapa., unutarnja struktura se mijenja u Cr2O3 i Cr(OH)3, a vanjski sloj se mijenja u Fe(II,III) oksid i Fe(III) hidroksid.Peguet21 je otkrio da se stacionarni piting nehrđajućeg čelika S2205 u otopini NaCl obično ne događa ispod kritične temperature pitinga (CPT), već u rasponu temperature transformacije (TTI).Thiadi22 je zaključio da s povećanjem koncentracije NaCl otpornost na koroziju S2205 DSS značajno opada, a što je primijenjeni potencijal negativniji, to je otpornost materijala na koroziju lošija.
U ovom su članku korišteni skeniranje dinamičkog potencijala, spektroskopija impedancije, konstantni potencijal, Mott-Schottkyjeva krivulja i optička elektronska mikroskopija za proučavanje učinka visokog saliniteta, visoke koncentracije Cl– i temperature na korozijsko ponašanje 2205 DSS.i fotoelektronska spektroskopija, koja daje teoretsku osnovu za siguran rad 2205 DSS u naftnim i plinskim okruženjima koja sadrže CO2.
Materijal za ispitivanje odabran je od čelika tretiranog otopinom 2205 DSS (klasa čelika 110ksi), a glavni kemijski sastav prikazan je u tablici 1.
Veličina elektrokemijskog uzorka je 10 mm × 10 mm × 5 mm, čisti se acetonom kako bi se uklonilo ulje i apsolutni etanol te suši.Stražnja strana ispitnog komada zalemljena je za spajanje odgovarajuće duljine bakrene žice.Nakon zavarivanja, upotrijebite multimetar (VC9801A) za provjeru električne vodljivosti zavarenog ispitnog komada, a zatim zatvorite neradnu površinu epoksidom.Upotrijebite 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# vodeni brusni papir od silicij-karbida za poliranje radne površine na stroju za poliranje s 0,25 um sredstva za poliranje do hrapavosti površine Ra≤1,6um, te na kraju očistite i stavite u termostat .
Korištena je elektrokemijska radna stanica Priston (P4000A) sa sustavom od tri elektrode.Kao pomoćna elektroda služila je platinska elektroda (Pt) površine 1 cm2, kao radna elektroda DSS 2205 (površine 1 cm2), a referentna elektroda (Ag/AgCl) koristi se.Modelna otopina korištena u ispitivanju pripremljena je prema (Tablica 2).Prije testa, otopina N2 visoke čistoće (99,99%) propuštena je 1 sat, a zatim je propuštan CO2 30 minuta da se otopina deoksigenira., a CO2 u otopini uvijek je bio u stanju zasićenja.
Prvo stavite uzorak u spremnik koji sadrži ispitnu otopinu i stavite ga u vodenu kupelj stalne temperature.Početna podešena temperatura je 2°C, a porast temperature se kontrolira brzinom od 1°C/min, a kontrolira se i raspon temperature.na 2-80°C.Celzija.Ispitivanje počinje pri konstantnom potencijalu (-0,6142 vs.Ag/AgCl), a ispitna krivulja je It krivulja.Prema standardu ispitivanja kritične temperature pitinga, It krivulja može biti poznata.Temperatura pri kojoj gustoća struje poraste do 100 μA/cm2 naziva se kritična temperatura pitinga.Prosječna kritična temperatura za piting je 66,9 °C.Ispitne temperature za krivulju polarizacije i spektar impedancije odabrane su na 30°C, 45°C, 60°C i 75°C, respektivno, a ispitivanje je ponovljeno tri puta pod istim uvjetima uzorka kako bi se smanjila moguća odstupanja.
Uzorak metala izložen otopini prvo je polariziran na katodnom potencijalu (-1,3 V) 5 minuta prije testiranja potenciodinamičke polarizacijske krivulje kako bi se uklonio oksidni film formiran na radnoj površini uzorka, a zatim na potencijalu otvorenog kruga od 1 h dok se napon korozije ne uspostavi.Brzina skeniranja krivulje polarizacije dinamičkog potencijala postavljena je na 0,333 mV/s, a potencijal intervala skeniranja postavljen je na -0,3~1,2 V u odnosu na OCP.Kako bi se osigurala točnost testa, isti testni uvjeti ponovljeni su 3 puta.
Softver za testiranje spektra impedancije – Versa Studio.Ispitivanje je najprije provedeno pri stalnom potencijalu otvorenog kruga, amplituda izmjeničnog napona smetnje postavljena je na 10 mV, a frekvencija mjerenja na 10–2–105 Hz.podatke o spektru nakon testiranja.
Proces testiranja trenutne vremenske krivulje: odaberite različite potencijale pasivizacije prema rezultatima krivulje anodne polarizacije, izmjerite It krivulju pri konstantnom potencijalu i prilagodite krivulju dvostrukog logaritma kako biste izračunali nagib prilagođene krivulje za analizu filma.mehanizam nastanka pasivizirajućeg filma.
Nakon što se napon otvorenog kruga stabilizira, izvedite ispitivanje Mott-Schottky krivulje.Raspon skeniranja ispitnog potencijala 1,0~-1,0V (vS.Ag/AgCl), brzina skeniranja 20mV/s, ispitna frekvencija postavljena na 1000Hz, pobudni signal 5mV.
Upotrijebite rendgensku fotoelektronsku spektroskopiju (XPS) (ESCALAB 250Xi, UK) za ispitivanje sastava i kemijskog stanja površinskog pasiviziranog filma nakon formiranja 2205 DSS filma i izvedite obradu mjernih podataka peak-fit pomoću vrhunskog softvera.u usporedbi s bazama podataka atomskih spektara i povezanom literaturom23 i kalibrirano pomoću C1s (284,8 eV).Morfologija korozije i dubina jamica na uzorcima karakterizirani su pomoću ultradubokog optičkog digitalnog mikroskopa (Zeiss Smart Zoom5, Njemačka).
Uzorak je ispitan pri istom potencijalu (-0,6142 V rel. Ag/AgCl) metodom konstantnog potencijala i krivulja struje korozije je snimljena s vremenom.Prema standardu CPT ispitivanja, gustoća polarizacijske struje postupno raste s povećanjem temperature.Slika 1 prikazuje kritičnu temperaturu pitinga 2205 DSS u simuliranoj otopini koja sadrži 100 g/L Cl– i zasićeni CO2.Može se vidjeti da se pri niskoj temperaturi otopine gustoća struje praktički ne mijenja s povećanjem vremena ispitivanja.A kada je temperatura otopine porasla do određene vrijednosti, gustoća struje se brzo povećala, što ukazuje da se brzina otapanja pasivirajućeg filma povećala s porastom temperature otopine.Kada se temperatura krute otopine poveća s 2°C na oko 67°C, gustoća polarizacijske struje 2205DSS povećava se na 100µA/cm2, a prosječna kritična pitting temperatura 2205DSS je 66,9°C, što je oko 16,6°C viši od 2205DSS.standardno 3,5 tež.% NaCl (0,7 V) 26.Kritična temperatura pitinga ovisi o primijenjenom potencijalu u trenutku mjerenja: što je niži primijenjeni potencijal, to je viša izmjerena kritična temperatura pitinga.
Krivulja kritične temperature pitinga dupleks nehrđajućeg čelika 2205 u simuliranoj otopini koja sadrži 100 g/L Cl– i zasićeni CO2.
Na sl.Slika 2 prikazuje krivulje izmjenične impedancije 2205 DSS u simuliranim otopinama koje sadrže 100 g/L Cl- i zasićeni CO2 na različitim temperaturama.Može se vidjeti da se Nyquistov dijagram 2205DSS na različitim temperaturama sastoji od visokofrekventnih, srednjofrekventnih i niskofrekventnih lukova otpor-kapacitivnost, a lukovi otpor-kapacitivnost nisu polukružni.Polumjer kapacitivnog luka odražava vrijednost otpora pasivizirajućeg filma i vrijednost otpora prijenosu naboja tijekom reakcije elektrode.Općenito je prihvaćeno da što je veći radijus kapacitivnog luka, to je bolja otpornost metalne podloge na koroziju u otopini27.Pri temperaturi otopine od 30 °C polumjer kapacitivnog luka na Nyquistovom dijagramu i fazni kut na dijagramu modula impedancije |Z|Bode je najveća, a 2205 DSS korozija najmanja.Kako temperatura otopine raste, |Z|modul impedancije, radijus luka i otpor otopine se smanjuju, osim toga, fazni kut se također smanjuje sa 79 Ω na 58 Ω u međufrekvencijskom području, pokazujući širok vrh i gusti unutarnji sloj i rijedak (porozan) vanjski sloj glavni su značajke nehomogenog pasivnog filma28.Stoga, kako temperatura raste, pasivizirajući film formiran na površini metalne podloge se otapa i puca, što slabi zaštitna svojstva podloge i pogoršava otpornost materijala na koroziju29.
Korištenjem softvera ZSimDeme za prilagođavanje podataka o spektru impedancije, ugrađeni ekvivalentni krug prikazan je na slici 330, gdje je Rs otpor simulirane otopine, Q1 je kapacitivnost filma, Rf je otpor generiranog pasivizirajućeg filma, Q2 je dvostruki kapacitivnost sloja, a Rct je otpor prijenosu naboja.Iz rezultata uklapanja u tablicu.Slika 3 pokazuje da kako temperatura simulirane otopine raste, vrijednost n1 opada s 0,841 na 0,769, što ukazuje na povećanje razmaka između dvoslojnih kondenzatora i smanjenje gustoće.Otpor prijenosa naboja Rct postupno se smanjivao s 2,958×1014 na 2,541×103 Ω cm2, što ukazuje na postupno smanjenje otpornosti materijala na koroziju.Otpor otopine Rs smanjio se s 2,953 na 2,469 Ω cm2, a kapacitet Q2 pasivizirajućeg filma smanjio se s 5,430 10-4 na 1,147 10-3 Ω cm2, vodljivost otopine se povećala, stabilnost pasivizirajućeg filma smanjena. , a otopina Cl-, SO42- itd.) u mediju se povećava, što ubrzava razaranje pasivirajućeg filma31.To dovodi do smanjenja otpora filma Rf (s 4662 na 849 Ω cm2) i smanjenja polarizacijskog otpora Rp (Rct+Rf) formiranog na površini dupleks nehrđajućeg čelika.
Stoga temperatura otopine utječe na otpornost DSS 2205 na koroziju. Pri niskoj temperaturi otopine dolazi do reakcije između katode i anode u prisutnosti Fe2+, što pridonosi brzom otapanju i koroziji anoda, kao i pasivizacija filma formiranog na površini, potpunija i veća gustoća, veći otpor prijenos naboja između otopina, usporava otapanje metalne matrice i pokazuje bolju otpornost na koroziju.S porastom temperature otopine smanjuje se otpor prijenosu naboja Rct, ubrzava se brzina reakcije između iona u otopini i ubrzava se brzina difuzije agresivnih iona, tako da se početni produkti korozije ponovno stvaraju na površini podloge od površine metalne podloge.Tanji pasivirajući film slabi zaštitna svojstva podloge.
Na sl.Slika 4 prikazuje krivulje polarizacije dinamičkog potencijala 2205 DSS u simuliranim otopinama koje sadrže 100 g/L Cl– i zasićeni CO2 na različitim temperaturama.Sa slike se može vidjeti da kada je potencijal u rasponu od -0,4 do 0,9 V, anodne krivulje na različitim temperaturama imaju očita područja pasivizacije, a potencijal samokorozije je oko -0,7 do -0,5 V. Kako je gustoća povećava struju do 100 μA/cm233 anodna krivulja se obično naziva pitting potencijal (Eb ili Etra).Kako temperatura raste, interval pasivacije se smanjuje, potencijal samokorozije se smanjuje, gustoća struje korozije ima tendenciju povećanja, a polarizacijska krivulja se pomiče prema dolje udesno, što ukazuje da je film formiran pomoću DSS 2205 u simuliranoj otopini aktivan aktivnost.sadržajem od 100 g/l Cl– i zasićenim CO2, povećava osjetljivost na rupičastu koroziju, lako se oštećuje agresivnim ionima, što dovodi do povećane korozije metalne matrice i smanjenja otpornosti na koroziju.
Iz tablice 4 može se vidjeti da kada temperatura poraste s 30°C na 45°C, odgovarajući potencijal prekomjerne pasivizacije neznatno opada, ali se gustoća struje pasivizacije odgovarajuće veličine značajno povećava, što ukazuje da je zaštita pasivirajućeg filma pod tim uvjeti se povećavaju s porastom temperature.Kada temperatura dosegne 60°C, odgovarajući potencijal pitinga značajno opada, a ovaj trend postaje očitiji kako temperatura raste.Treba primijetiti da se na 75°C na slici pojavljuje značajan prolazni vrh struje, što ukazuje na prisutnost metastabilne rupičaste korozije na površini uzorka.
Stoga s porastom temperature otopine opada količina kisika otopljenog u otopini, smanjuje se pH vrijednost površine filma i smanjuje se stabilnost pasivizirajućeg filma.Osim toga, što je viša temperatura otopine, veća je aktivnost agresivnih iona u otopini i veća je stopa oštećenja površinskog sloja filma supstrata.Oksidi nastali u filmskom sloju lako otpadaju i reagiraju s kationima u filmskom sloju stvarajući topljive spojeve, povećavajući vjerojatnost pojave rupičaste mrlje.Budući da je sloj regeneriranog filma relativno labav, zaštitni učinak na podlogu je nizak, što povećava koroziju metalne podloge.Rezultati testa dinamičkog polarizacijskog potencijala u skladu su s rezultatima spektroskopije impedancije.
Na sl.Slika 5a prikazuje It krivulje za 2205 DSS u modelnoj otopini koja sadrži 100 g/L Cl– i zasićeni CO2.Gustoća pasivacijske struje kao funkcija vremena dobivena je nakon polarizacije na različitim temperaturama tijekom 1 h pri potencijalu od -300 mV (u odnosu na Ag/AgCl).Može se vidjeti da je trend gustoće struje pasivizacije 2205 DSS pri istom potencijalu i različitim temperaturama u osnovi isti, a trend postupno opada s vremenom i ima tendenciju da bude gladak.Kako je temperatura postupno rasla, gustoća pasivacijske struje 2205 DSS je rasla, što je bilo u skladu s rezultatima polarizacije, koji su također pokazali da se zaštitna svojstva sloja filma na metalnoj podlozi smanjuju s povećanjem temperature otopine.
Potenciostatske polarizacijske krivulje 2205 DSS pri istom potencijalu stvaranja filma i različitim temperaturama.(a) Gustoća struje u odnosu na vrijeme, (b) Logaritam rasta pasivnog filma.
Istražite odnos između gustoće struje pasivizacije i vremena na različitim temperaturama za isti potencijal stvaranja filma, kao što je prikazano u (1)34:
Gdje je i gustoća struje pasivizacije pri potencijalu stvaranja filma, A/cm2.A je površina radne elektrode, cm2.K je nagib krivulje koja mu odgovara.t vrijeme, s
Na sl.Slika 5b prikazuje logI i logt krivulje za 2205 DSS na različitim temperaturama pri istom potencijalu stvaranja filma.Prema literaturnim podacima,35 kada linija ima nagib K = -1, sloj filma formiran na površini podloge je gušći i ima bolju otpornost na koroziju metalne podloge.A kada je ravna linija nagnuta K = -0,5, sloj filma formiran na površini je labav, sadrži mnogo malih rupa i ima slabu otpornost na koroziju metalne podloge.Može se vidjeti da se na 30°C, 45°C, 60°C i 75°C struktura sloja filma mijenja od gustih pora do labavih pora u skladu s odabranim linearnim nagibom.Prema modelu točkastih nedostataka (PDM)36,37 može se vidjeti da primijenjeni potencijal tijekom ispitivanja ne utječe na gustoću struje, što ukazuje da temperatura izravno utječe na mjerenje gustoće anodne struje tijekom ispitivanja, tako da struja raste s povećanjem temperature.otopine, te se gustoća 2205 DSS povećava, a otpornost na koroziju smanjuje.
Svojstva poluvodiča tankoslojnog sloja formiranog na DSS-u utječu na njegovu otpornost na koroziju38, vrsta poluvodiča i gustoća nosača tankoslojnog sloja utječu na pucanje i udubljenje tankoslojnog sloja DSS39,40 gdje kapacitet C i E potencijalni tankoslojni sloj zadovoljava relaciju MS, prostorni naboj poluvodiča izračunava se na sljedeći način:
U formuli, ε je permitivnost pasivirajućeg filma na sobnoj temperaturi, jednaka 1230, ε0 je permitivnost vakuuma, jednaka 8,85 × 10–14 F/cm, E je sekundarni naboj (1,602 × 10–19 C) ;ND je gustoća donora poluvodiča n-tipa, cm–3, NA je akceptorska gustoća poluvodiča p-tipa, cm–3, EFB je potencijal ravnog pojasa, V, K je Boltzmannova konstanta, 1,38 × 10–3 .23 J/K, T – temperatura, K.
Nagib i presjecište prilagođene linije mogu se izračunati uklapanjem linearnog razdvajanja na izmjerenu MS krivulju, primijenjenu koncentraciju (ND), prihvaćenu koncentraciju (NA) i potencijal ravnog pojasa (Efb)42.
Na sl.Slika 6 prikazuje Mott-Schottky krivulju površinskog sloja 2205 DSS filma formiranog u simuliranoj otopini koja sadrži 100 g/l Cl- i zasićena s CO2 pri potencijalu (-300 mV) tijekom 1 sata.Vidljivo je da svi tankoslojni slojevi formirani na različitim temperaturama imaju karakteristike bipolarnih poluvodiča tipa n+p.Poluvodič n-tipa ima selektivnost prema anionima u otopini, što može spriječiti difuziju kationa nehrđajućeg čelika u otopinu kroz pasivacijski film, dok poluvodič p-tipa ima selektivnost kationa, što može spriječiti korozivne anione u otopini da prolaze kroz pasivizaciju. Film dolazi van na površini podloge 26 .Također se može vidjeti da postoji gladak prijelaz između dviju krivulja prilagodbe, film je u stanju ravnog pojasa, a potencijal ravnog pojasa Efb može se koristiti za određivanje položaja energetskog pojasa poluvodiča i procjenu njegove elektrokemijske stabilnost43..
Prema rezultatima prilagodbe MC krivulje prikazanim u tablici 5, izračunate su izlazna koncentracija (ND) i prijemna koncentracija (NA) te ravni potencijal Efb 44 istog reda veličine.Gustoća primijenjene nosive struje uglavnom karakterizira točkaste defekte u sloju prostornog naboja i potencijal pitinga pasivizirajućeg filma.Što je veća koncentracija nanesenog nosača, sloj filma se lakše lomi i veća je vjerojatnost korozije podloge45.Osim toga, s postupnim povećanjem temperature otopine, koncentracija emitera ND u sloju filma porasla je s 5,273×1020 cm-3 na 1,772×1022 cm-3, a koncentracija NA domaćina s 4,972×1021 na 4,592 ×1023.cm – kao što je prikazano na sl.3, potencijal ravnog pojasa raste s 0,021 V na 0,753 V, povećava se broj nositelja u otopini, pojačava se reakcija između iona u otopini i smanjuje se stabilnost sloja filma.Kako se temperatura otopine povećava, što je manja apsolutna vrijednost nagiba aproksimirajuće linije, veća je gustoća nositelja u otopini, veća je brzina difuzije između iona i veći je broj slobodnih mjesta iona na površine sloja filma., čime se smanjuje metalna podloga, stabilnost i otpornost na koroziju 46,47.
Kemijski sastav filma ima značajan utjecaj na stabilnost metalnih kationa i performanse poluvodiča, a promjena temperature ima važan učinak na stvaranje filma od nehrđajućeg čelika.Na sl.Slika 7 prikazuje puni XPS spektar površinskog sloja 2205 DSS filma u simuliranoj otopini koja sadrži 100 g/L Cl– i zasićeni CO2.Glavni elementi u filmovima formiranim strugotinama na različitim temperaturama u osnovi su isti, a glavne komponente filmova su Fe, Cr, Ni, Mo, O, N i C. Stoga su glavne komponente sloja filma Fe , Cr, Ni, Mo, O, N i C. Spremnik s Cr oksidima, Fe oksidima i hidroksidima i malom količinom Ni i Mo oksida.
Puni spektri XPS 2205 DSS snimljeni na različitim temperaturama.(a) 30°S, (b) 45°S, (c) 60°S, (d) 75°S.
Glavni sastav filma povezan je s termodinamičkim svojstvima spojeva u pasivirajućem filmu.Prema energiji vezivanja glavnih elemenata u sloju filma, danoj u tablici.6, može se vidjeti da su karakteristični spektralni vrhovi Cr2p3/2 podijeljeni na metal Cr0 (573,7 ± 0,2 eV), Cr2O3 (574,5 ± 0,3 eV) i Cr(OH)3 (575,4 ± 0,1 eV) kao prikazano na slici 8a, u kojem je oksid koji tvori element Cr glavna komponenta u filmu, koja igra važnu ulogu u otpornosti filma na koroziju i njegovoj elektrokemijskoj učinkovitosti.Relativni vršni intenzitet Cr2O3 u sloju filma veći je od intenziteta Cr(OH)3.Međutim, kako se temperatura krute otopine povećava, relativni vrh Cr2O3 postupno slabi, dok relativni vrh Cr(OH)3 postupno raste, što ukazuje na očitu transformaciju glavnog Cr3+ u sloju filma iz Cr2O3 u Cr(OH) 3, a temperatura otopine raste.
Energija vezanja vrhova karakterističnog spektra Fe2p3/2 uglavnom se sastoji od četiri vrha metalnog stanja Fe0 (706,4 ± 0,2 eV), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 eV), FeO (709,5 ± 0,1 eV ) i FeOOH (713,1 eV) ± 0,3 eV), kao što je prikazano na slici 8b, Fe je uglavnom prisutan u formiranom filmu u obliku Fe2+ i Fe3+.Fe2+ iz FeO dominira Fe(II) na nižim vršnim vrijednostima energije vezanja, dok spojevi Fe3O4 i Fe(III) FeOOH dominiraju na višim vršnim vrijednostima energije vezanja48,49.Relativni intenzitet vrha Fe3+ veći je od intenziteta vrha Fe2+, ali relativni intenzitet vrha Fe3+ opada s porastom temperature otopine, a relativni intenzitet vrha Fe2+ raste, što ukazuje na promjenu glavne tvari u sloju filma od Fe3+ u Fe2+ za povećanje temperature otopine.
Karakteristični spektralni vrhovi Mo3d5/2 uglavnom se sastoje od dva položaja vrha Mo3d5/2 i Mo3d3/243,50, dok Mo3d5/2 uključuje metalni Mo (227,5 ± 0,3 eV), Mo4+ (228,9 ± 0,2 eV) i Mo6+ (229,4 ± 0,3 eV ), dok Mo3d3/2 također sadrži metalni Mo (230,4 ± 0,1 eV), Mo4+ (231,5 ± 0,2 eV) i Mo6+ (232, 8 ± 0,1 eV) kao što je prikazano na slici 8c, tako da elementi Mo postoje u više od tri valencije stanje filmskog sloja.Energije vezanja karakterističnih spektralnih vrhova Ni2p3/2 sastoje se od Ni0 (852,4 ± 0,2 eV) i NiO (854,1 ± 0,2 eV), kao što je prikazano na slici 8g.Karakteristični vrh N1s sastoji se od N (399,6 ± 0,3 eV), kao što je prikazano na slici 8d.Karakteristični vrhovi O1s uključuju O2- (529,7 ± 0,2 eV), OH- (531,2 ± 0,2 eV) i H2O (531,8 ± 0,3 eV), kao što je prikazano na slici. Glavne komponente sloja filma su (OH- i O2 -) , koji se uglavnom koriste za oksidaciju ili vodikovu oksidaciju Cr i Fe u sloju filma.Relativni vršni intenzitet OH- značajno se povećao kako se temperatura povećala s 30°C na 75°C.Stoga se s porastom temperature glavni materijalni sastav O2- u sloju filma mijenja iz O2- u OH- i O2-.
Na sl.Slika 9 prikazuje mikroskopsku površinsku morfologiju uzorka 2205 DSS nakon dinamičke polarizacije potencijala u modelnoj otopini koja sadrži 100 g/L Cl– i zasićeni CO2.Vidljivo je da na površini uzoraka polariziranih na različitim temperaturama postoje korozijske jamice različitog stupnja, to se događa u otopini agresivnih iona, a s povećanjem temperature otopine dolazi do ozbiljnije korozije na površine uzoraka.supstrat.Povećava se broj jama po jedinici površine i dubina žarišta korozije.
Krivulje korozije 2205 DSS u modelnim otopinama koje sadrže 100 g/l Cl– i zasićeni CO2 na različitim temperaturama (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c .
Stoga će povećanje temperature povećati aktivnost svake komponente DSS-a, kao i povećati aktivnost agresivnih iona u agresivnom okruženju, uzrokujući određeni stupanj oštećenja površine uzorka, što će povećati aktivnost pitinga., a stvaranje korozijskih jama će se povećati.Brzina stvaranja proizvoda će se povećati, a otpornost materijala na koroziju će se smanjiti51,52,53,54,55.
Na sl.Slika 10 prikazuje morfologiju i dubinu udubljenja uzorka 2205 DSS polariziranog optičkim digitalnim mikroskopom ultra visoke dubine polja.Od fig.Slika 10a pokazuje da su se manje korozijske jamice također pojavile oko velikih jamica, što ukazuje da je pasivirajući film na površini uzorka bio djelomično uništen stvaranjem korozijskih jamica pri danoj gustoći struje, a maksimalna dubina pittinga bila je 12,9 µm.kako je prikazano na slici 10b.
DSS pokazuje bolju otpornost na koroziju, glavni razlog je to što je film formiran na površini čelika dobro zaštićen u otopini, Mott-Schottky, prema gornjim XPS rezultatima i povezanoj literaturi 13,56,57,58, film uglavnom prolazi kroz sljedeće. To je proces oksidacije Fe i Cr.
Fe2+ se lako otapa i taloži na granici 53 između filma i otopine, a proces katodne reakcije je sljedeći:
U korodiranom stanju nastaje dvoslojni strukturni film koji se uglavnom sastoji od unutarnjeg sloja željeznih i kromovih oksida i vanjskog hidroksidnog sloja, a ioni obično rastu u porama filma.Kemijski sastav pasivirajućeg filma povezan je s njegovim poluvodičkim svojstvima, što dokazuje Mott-Schottkyjeva krivulja, koja pokazuje da je sastav pasivizirajućeg filma n+p-tip i ima bipolarne karakteristike.Rezultati XPS-a pokazuju da se vanjski sloj pasivirajućeg filma uglavnom sastoji od Fe oksida i hidroksida koji pokazuju poluvodička svojstva n-tipa, a unutarnji sloj se uglavnom sastoji od Cr oksida i hidroksida koji pokazuju poluvodička svojstva p-tipa.
2205 DSS ima visoku otpornost zbog visokog sadržaja Cr17.54 i pokazuje različite stupnjeve rupičaste mrlje zbog mikroskopske galvanske korozije55 između dupleksnih struktura.Jamičasta korozija jedan je od najčešćih tipova korozije u DSS-u, a temperatura je jedan od važnih čimbenika koji utječu na ponašanje rupičaste korozije i ima utjecaj na termodinamičke i kinetičke procese DSS reakcije60,61.Tipično, u simuliranoj otopini s visokom koncentracijom Cl– i zasićenog CO2, temperatura također utječe na formiranje jamičaste šupljine i inicijaciju pukotina tijekom naponskog korozivnog pucanja pod naponskom korozijom, a kritična temperatura jamičaste korozije određena je za procjenu otpornost na koroziju.DSS.Materijal, koji odražava osjetljivost metalne matrice na temperaturu, obično se koristi kao važna referenca u odabiru materijala u inženjerskim primjenama.Prosječna kritična temperatura pittinga 2205 DSS u simuliranoj otopini je 66,9°C, što je 25,6°C više od temperature nehrđajućeg čelika Super 13Cr s 3,5% NaCl, ali najveća dubina pittinga dosegla je 12,9 µm62.Elektrokemijski rezultati nadalje su potvrdili da se vodoravna područja faznog kuta i frekvencije sužavaju s porastom temperature, a kako se fazni kut smanjuje sa 79° na 58°, vrijednost |Z|smanjuje se od 1,26×104 do 1,58×103 Ω cm2.otpor prijenosa naboja Rct smanjio se s 2,958 1014 na 2,541 103 Ω cm2, otpor otopine Rs smanjio se s 2,953 na 2,469 Ω cm2, otpor filma Rf smanjio se s 5,430 10-4 cm2 na 1,147 10-3 cm2.Povećava se vodljivost agresivne otopine, smanjuje se stabilnost sloja filma metalne matrice, lako se otapa i puca.Gustoća struje samokorozije porasla je s 1,482 na 2,893×10-6 A cm-2, a potencijal samokorozije smanjen s -0,532 na -0,621V.Može se vidjeti da promjena temperature utječe na cjelovitost i gustoću sloja filma.
Naprotiv, visoka koncentracija Cl- i zasićena otopina CO2 postupno povećavaju adsorpcijski kapacitet Cl- na površini pasivirajućeg filma s porastom temperature, stabilnost pasivizirajućeg filma postaje nestabilna, a zaštitni učinak na supstrat postaje slabiji i povećava se osjetljivost na stvaranje rupa.U tom slučaju povećava se aktivnost korozivnih iona u otopini, smanjuje se sadržaj kisika, a površinski film korodiranog materijala teško se brzo obnavlja, što stvara povoljnije uvjete za daljnju adsorpciju korozivnih iona na površini.Smanjenje materijala63.Robinson i sur.[64] pokazali su da se s porastom temperature otopine ubrzava brzina rasta jamica, a povećava se i brzina difuzije iona u otopini.Kada temperatura poraste na 65 °C, otapanje kisika u otopini koja sadrži Cl- ione usporava proces katodne reakcije, smanjuje se brzina pitinga.Han20 je istraživao učinak temperature na korozijsko ponašanje nehrđajućeg čelika 2205 duplex u CO2 okruženju.Rezultati su pokazali da povećanje temperature povećava količinu proizvoda korozije i područje šupljina skupljanja na površini materijala.Slično, kada temperatura poraste do 150°C, oksidni film na površini puca, a gustoća kratera je najveća.Lu4 je istraživao učinak temperature na korozijsko ponašanje nehrđajućeg čelika 2205 duplex od pasivizacije do aktivacije u geotermalnom okruženju koje sadrži CO2.Njihovi rezultati pokazuju da na ispitnoj temperaturi ispod 150 °C, formirani film ima karakterističnu amorfnu strukturu, a unutarnje sučelje sadrži sloj bogat niklom, a na temperaturi od 300 °C, rezultirajući produkt korozije ima strukturu nanomjera .-polikristalni FeCr2O4, CrOOH i NiFe2O4.
Na sl.Slika 11 je dijagram procesa korozije i stvaranja filma 2205 DSS.Prije upotrebe, 2205 DSS stvara pasivirajući film u atmosferi.Nakon uranjanja u okolinu koja simulira otopinu koja sadrži otopine s visokim udjelom Cl- i CO2, njegovu površinu brzo okružuju različiti agresivni ioni (Cl-, CO32-, itd.).).J. Banas 65 je došao do zaključka da će u okolini u kojoj je istovremeno prisutan CO2 stabilnost pasivirajućeg filma na površini materijala s vremenom opadati, a nastala ugljična kiselina nastoji povećati vodljivost iona u pasivizirajućem sloju. sloj.film i ubrzanje otapanja iona u pasivirajućem filmu.pasivirajući film.Dakle, sloj filma na površini uzorka je u fazi dinamičke ravnoteže otapanja i repasivacije66, Cl- smanjuje brzinu stvaranja površinskog sloja filma, a sitne rupičaste jamice pojavljuju se na susjednom području površine filma, kao prikazano na slici 3. Prikaži.Kao što je prikazano na slikama 11a i b, male nestabilne korozijske jamice pojavljuju se u isto vrijeme.Kako temperatura raste, aktivnost korozivnih iona u otopini na sloju filma raste, a dubina sićušnih nestabilnih jamica se povećava sve dok prozirni sloj potpuno ne prodre u sloj filma, kao što je prikazano na slici 11c.S daljnjim povećanjem temperature medija za otapanje, sadržaj otopljenog CO2 u otopini se ubrzava, što dovodi do smanjenja pH vrijednosti otopine, povećanja gustoće najmanjih nestabilnih korozijskih jamica na površini SPP-a. , dubina početnih korozijskih jamica se širi i produbljuje, a pasivizirajući film na površini uzorka Kako se debljina smanjuje, pasivizirajući film postaje skloniji jamičastoj koroziji kao što je prikazano na slici 11d.A elektrokemijski rezultati dodatno su potvrdili da promjena temperature ima određeni učinak na cjelovitost i gustoću filma.Stoga se može vidjeti da se korozija u otopinama zasićenim CO2 koje sadrže visoke koncentracije Cl- značajno razlikuje od korozije u otopinama koje sadrže niske koncentracije Cl-67,68.
Proces korozije 2205 DSS sa stvaranjem i uništavanjem novog filma.(a) Proces 1, (b) Proces 2, (c) Proces 3, (d) Proces 4.
Prosječna kritična temperatura pitinga 2205 DSS u simuliranoj otopini koja sadrži 100 g/l Cl– i zasićeni CO2 je 66,9 ℃, a najveća dubina pitinga je 12,9 µm, što smanjuje otpornost na koroziju 2205 DSS i povećava osjetljivost na piting.povećanje temperature.
Vrijeme objave: 16. veljače 2023