Tack för att du besöker Nature.com.Du använder en webbläsarversion med begränsat CSS-stöd.För bästa upplevelse rekommenderar vi att du använder en uppdaterad webbläsare (eller inaktiverar kompatibilitetsläge i Internet Explorer).Dessutom, för att säkerställa löpande support, visar vi webbplatsen utan stilar och JavaScript.
Visar en karusell med tre bilder samtidigt.Använd knapparna Föregående och Nästa för att gå igenom tre bilder åt gången, eller använd skjutknapparna i slutet för att gå igenom tre bilder åt gången.
Duplex 2205 rostfritt stål (DSS) har god korrosionsbeständighet på grund av sin typiska duplexstruktur, men den allt hårdare CO2-haltiga olje- och gasmiljön resulterar i varierande grad av korrosion, särskilt gropfrätning, vilket allvarligt hotar säkerheten och tillförlitligheten hos olja och naturmaterial. gastillämpningar.gasutveckling.I detta arbete används ett nedsänkningstest och ett elektrokemiskt test i kombination med laserkonfokalmikroskopi och röntgenfotoelektronspektroskopi.Resultaten visade att den genomsnittliga kritiska temperaturen för gropfrätning 2205 DSS var 66,9 °C.När temperaturen är högre än 66,9 ℃ reduceras gropnedbrytningspotentialen, passiveringsintervallet och självkorrosionspotentialen, storlekspassiveringsströmtätheten ökas och gropfrätningskänsligheten ökas.Med ytterligare temperaturökning minskar radien för den kapacitiva bågen 2205 DSS, ytresistansen och laddningsöverföringsmotståndet minskar gradvis, och tätheten av donator- och acceptorbärare i produktens filmskikt med n + p-bipolära egenskaper också ökar, halten Cr-oxider i det inre skiktet av filmen minskar, ökar halten av Fe-oxider i det yttre skiktet, upplösningen av filmskiktet ökar, stabiliteten minskar, antalet gropar och porstorleken ökar.
I samband med snabb ekonomisk och social utveckling och sociala framsteg fortsätter efterfrågan på olje- och gasresurser att växa, vilket tvingar olje- och gasutvecklingen att gradvis flyttas till de sydvästra och offshoreområdena med svårare förhållanden och miljö, så driftsförhållandena för borrhålsrören blir mer och mer allvarliga..Försämring 1,2,3.När det gäller olje- och gasprospektering, när ökningen av CO2 4 och salthalt och klorhalt 5, 6 i den producerade vätskan, utsätts vanliga 7-kolstålsrör för allvarlig korrosion, även om korrosionsinhibitorer pumpas in i rörsträngen, korrosion kan inte effektivt undertryckas stål kan inte längre uppfylla kraven för långvarig drift i hårda korrosiva CO28,9,10 miljöer.Forskarna vände sig till duplexa rostfria stål (DSS) med bättre korrosionsbeständighet.2205 DSS, innehållet av ferrit och austenit i stålet är cirka 50%, har utmärkta mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet, ytpassiveringsfilmen är tät, har utmärkt jämn korrosionsbeständighet, priset är lägre än för nickelbaserade legeringar 11 , 12. Således används 2205 DSS vanligen som tryckkärl i korrosiv miljö, oljebrunnshölje i korrosiv CO2-miljö, vattenkylare för kondenseringssystem i offshore olje- och kemikaliefält 13, 14, 15, men 2205 DSS kan också ha korrosiv perforering i tjänst.
För närvarande har många studier av CO2- och Cl-pitting-korrosion 2205 DSS genomförts i landet och utomlands [16,17,18].Ebrahimi19 fann att tillsats av ett kaliumdikromatsalt till en NaCl-lösning kan hämma 2205 DSS-pitting, och att öka koncentrationen av kaliumdikromat ökar den kritiska temperaturen för 2205 DSS-pitting.Emellertid ökar groppotentialen för 2205 DSS på grund av tillsatsen av en viss koncentration av NaCl till kaliumdikromat och minskar med ökande NaCl-koncentration.Han20 visar att vid 30 till 120°C är strukturen av 2205 DSS passiverande film en blandning av Cr2O3 inre skikt, FeO yttre skikt och rikt Cr;när temperaturen stiger till 150 °C löses passiveringsfilmen upp., ändras den inre strukturen till Cr2O3 och Cr(OH)3, och det yttre skiktet ändras till Fe(II,III)oxid och Fe(III)hydroxid.Peguet21 fann att stationär gropfrätning av S2205 rostfritt stål i NaCl-lösning vanligtvis inte sker under den kritiska punktfrätningstemperaturen (CPT) utan inom transformationstemperaturområdet (TTI).Thiadi22 drog slutsatsen att när koncentrationen av NaCl ökar, minskar korrosionsbeständigheten hos S2205 DSS signifikant, och ju mer negativ den applicerade potentialen är, desto sämre är materialets korrosionsbeständighet.
I denna artikel användes dynamisk potentialskanning, impedansspektroskopi, konstant potential, Mott-Schottky-kurva och optisk elektronmikroskopi för att studera effekten av hög salthalt, hög Cl-koncentration och temperatur på korrosionsbeteendet hos 2205 DSS.och fotoelektronspektroskopi, som ger den teoretiska grunden för säker drift av 2205 DSS i olje- och gasmiljöer som innehåller CO2.
Testmaterialet är valt från lösningsbehandlat stål 2205 DSS (stålkvalitet 110ksi), och den huvudsakliga kemiska sammansättningen visas i tabell 1.
Storleken på det elektrokemiska provet är 10 mm × 10 mm × 5 mm, det rengörs med aceton för att avlägsna olja och absolut etanol och torkas.Baksidan av provbiten är lödd för att ansluta lämplig längd av koppartråd.Efter svetsning, använd en multimeter (VC9801A) för att kontrollera den elektriska ledningsförmågan hos det svetsade provstycket och försegla sedan den icke-arbetande ytan med epoxi.Använd 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# vattensandpapper av kiselkarbid för att polera arbetsytan på polermaskinen med 0,25um polermedel tills ytjämnheten Ra≤1,6um, och slutligen rengör och sätt i termostaten .
En elektrokemisk arbetsstation från Priston (P4000A) med ett system med tre elektroder användes.En platinaelektrod (Pt) med en area på 1 cm2 fungerade som hjälpelektrod, en DSS 2205 (med en area på 1 cm2) användes som arbetselektrod och en referenselektrod (Ag/AgCl) Begagnade.Modelllösningen som användes i testet framställdes enligt (tabell 2).Före testet passerades en N2-lösning med hög renhet (99,99%) i 1 timme, och sedan fick CO2 passera under 30 minuter för att deoxygenera lösningen., och CO2 i lösningen var alltid i ett tillstånd av mättnad.
Placera först provet i tanken som innehåller testlösningen och placera det i ett vattenbad med konstant temperatur.Den initiala inställningstemperaturen är 2°C, och temperaturökningen styrs med en hastighet av 1°C/min, och temperaturområdet kontrolleras.vid 2-80°C.Celsius.Testet startar vid en konstant potential (-0,6142 Vs.Ag/AgCl) och testkurvan är en It-kurva.Enligt teststandarden för kritisk groptemperatur kan It-kurvan vara känd.Temperaturen vid vilken strömtätheten stiger till 100 μA/cm2 kallas den kritiska gropfrätningstemperaturen.Den genomsnittliga kritiska temperaturen för gropfrätning är 66,9 °C.Testtemperaturerna för polarisationskurvan och impedansspektrumet valdes till 30°C, 45°C, 60°C respektive 75°C, och testet upprepades tre gånger under samma provförhållanden för att minska möjliga avvikelser.
Ett metallprov exponerat för lösningen polariserades först vid en katodpotential (-1,3 V) i 5 minuter innan den potentiodynamiska polarisationskurvan testades för att eliminera oxidfilmen som bildades på provets arbetsyta och sedan vid en öppen kretspotential på 1 h tills korrosionsspänningen inte kommer att etableras.Skanningshastigheten för den dynamiska potentialpolarisationskurvan sattes till 0,333 mV/s, och skanningsintervallpotentialen sattes till -0,3~1,2V vs. OCP.För att säkerställa testets noggrannhet upprepades samma testförhållanden 3 gånger.
Programvara för impedansspektrumtestning – Versa Studio.Testet utfördes först vid en konstant öppen kretspotential, amplituden för växelstörningsspänningen sattes till 10 mV och mätfrekvensen sattes till 10–2–105 Hz.spektrumdata efter testning.
Testprocess för aktuell tidskurva: välj olika passiveringspotentialer enligt resultaten av den anodiska polarisationskurvan, mät It-kurvan vid konstant potential och anpassa den dubbla logaritmkurvan för att beräkna lutningen på den anpassade kurvan för filmanalys.mekanismen för bildandet av den passiverande filmen.
Efter att den öppna kretsspänningen har stabiliserats, utför ett Mott-Schottky-kurvtest.Testpotentialskanningsområde 1,0~-1,0V (vS.Ag/AgCl), skanningshastighet 20mV/s, testfrekvens inställd på 1000Hz, excitationssignal 5mV.
Använd röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) (ESCALAB 250Xi, Storbritannien) för att sputtertesta sammansättningen och det kemiska tillståndet för ytpassiveringsfilmen efter 2205 DSS-filmbildning och utför mätdata peak-fit bearbetning med överlägsen programvara.jämfört med databaser med atomspektra och relaterad litteratur23 och kalibrerad med C1s (284,8 eV).Morfologin av korrosion och djupet av gropar på proverna karakteriserades med hjälp av ett ultradjupt optiskt digitalt mikroskop (Zeiss Smart Zoom5, Tyskland).
Provet testades vid samma potential (-0,6142 V rel. Ag/AgCl) med konstant potentialmetoden och korrosionsströmkurvan registrerades med tiden.Enligt CPT-teststandarden ökar polarisationsströmdensiteten gradvis med ökande temperatur.1 visar den kritiska groptemperaturen på 2205 DSS i en simulerad lösning innehållande 100 g/L Cl– och mättad CO2.Det kan ses att vid en låg temperatur på lösningen ändras strömtätheten praktiskt taget inte med ökande testtid.Och när temperaturen på lösningen ökade till ett visst värde, ökade strömtätheten snabbt, vilket indikerar att upplösningshastigheten för den passiverande filmen ökade med ökningen av lösningens temperatur.När temperaturen för den fasta lösningen ökas från 2°C till ca 67°C, ökar polarisationsströmtätheten för 2205DSS till 100 µA/cm2, och den genomsnittliga kritiska gropfrätningstemperaturen för 2205DSS är 66,9°C, vilket är ca 16,6°C högre än 2205DSS.standard 3,5 vikt.% NaCl (0,7 V)26.Den kritiska punktfrätningstemperaturen beror på den applicerade potentialen vid mättillfället: ju lägre den applicerade potentialen är, desto högre är den uppmätta kritiska punktfrätningstemperaturen.
Pittingkritisk temperaturkurva av 2205 duplext rostfritt stål i en simulerad lösning innehållande 100 g/L Cl– och mättad CO2.
På fig.2 visar växelströmsimpedansdiagram för 2205 DSS i simulerade lösningar innehållande 100 g/L Cl- och mättad CO2 vid olika temperaturer.Det kan ses att Nyquist-diagrammet för 2205DSS vid olika temperaturer består av högfrekventa, mellanfrekventa och lågfrekventa resistans-kapacitansbågar, och resistans-kapacitansbågar är inte halvcirkulära.Radien för den kapacitiva bågen reflekterar motståndsvärdet för den passiverande filmen och värdet på laddningsöverföringsmotståndet under elektrodreaktionen.Det är allmänt accepterat att ju större radien för den kapacitiva bågen är, desto bättre är korrosionsbeständigheten hos metallsubstratet i lösning27.Vid en lösningstemperatur på 30 °C, radien för den kapacitiva bågen på Nyquist-diagrammet och fasvinkeln på diagrammet för impedansmodulen |Z|Bode är högst och 2205 DSS korrosion är lägst.När lösningstemperaturen ökar, visas |Z|impedansmodul, bågradie och lösningsresistans minskar, dessutom minskar även fasvinkeln från 79 Ω till 58 Ω i mellanfrekvensområdet, vilket visar en bred topp och ett tätt inre skikt och ett gles (poröst) yttre skikt är de viktigaste egenskaper hos en inhomogen passiv film28.Därför, när temperaturen stiger, löses den passiverande filmen som bildas på ytan av metallsubstratet och spricker, vilket försvagar substratets skyddande egenskaper och försämrar materialets korrosionsbeständighet29.
Genom att använda ZSimDeme-mjukvaran för att passa impedansspektrumdata, visas den anpassade ekvivalenta kretsen i fig. 330, där Rs är den simulerade lösningsresistansen, Q1 är filmkapacitansen, Rf är resistansen för den genererade passiveringsfilmen, Q2 är den dubbla lagerkapacitans, och Rct är laddningsöverföringsmotståndet.Från resultaten av inpassning i tabell.3 visar att när temperaturen på den simulerade lösningen ökar, minskar värdet på n1 från 0,841 till 0,769, vilket indikerar en ökning av gapet mellan tvåskiktskondensatorerna och en minskning av densiteten.Laddningsöverföringsmotståndet Rct minskade gradvis från 2,958×1014 till 2,541×103 Ω cm2, vilket indikerade en gradvis minskning av materialets korrosionsbeständighet.Resistansen för lösningen Rs minskade från 2,953 till 2,469 Ω cm2, och kapacitansen Q2 för den passiverande filmen minskade från 5,430 10-4 till 1,147 10-3 Ω cm2, lösningens konduktivitet ökade, stabiliteten hos den passiverande filmen minskade och lösningen Cl-, SO42-, etc.) i mediet ökar, vilket påskyndar förstörelsen av den passiverande filmen31.Detta leder till en minskning av filmresistansen Rf (från 4662 till 849 Ω cm2) och en minskning av polarisationsresistansen Rp (Rct+Rf) som bildas på ytan av det duplexa rostfria stålet.
Därför påverkar lösningens temperatur korrosionsbeständigheten hos DSS 2205. Vid en låg temperatur på lösningen sker en reaktionsprocess mellan katoden och anoden i närvaro av Fe2+, vilket bidrar till snabb upplösning och korrosion av anoden, såväl som passiveringen av filmen som bildas på ytan, mer komplett och högre densitet, större motståndsladdningsöverföring mellan lösningar, saktar ner upplösningen av metallmatrisen och uppvisar bättre korrosionsbeständighet.När temperaturen på lösningen ökar, minskar motståndet mot laddningsöverföring Rct, reaktionshastigheten mellan joner i lösningen accelererar och diffusionshastigheten för aggressiva joner accelererar, så att de initiala korrosionsprodukterna återigen bildas på ytan av lösningen. substratet från ytan av metallsubstratet.En tunnare passiveringsfilm försvagar substratets skyddande egenskaper.
På fig.Figur 4 visar de dynamiska potentialpolarisationskurvorna för 2205 DSS i simulerade lösningar innehållande 100 g/L Cl– och mättad CO2 vid olika temperaturer.Det kan ses från figuren att när potentialen är i intervallet från -0,4 till 0,9 V, har anodkurvorna vid olika temperaturer uppenbara passiveringsområden, och självkorrosionspotentialen är cirka -0,7 till -0,5 V. densiteten ökar strömmen upp till 100 μA/cm233 anodkurvan brukar kallas för groppotentialen (Eb eller Etra).När temperaturen stiger minskar passiveringsintervallet, självkorrosionspotentialen minskar, korrosionsströmtätheten tenderar att öka och polarisationskurvan skiftar ner till höger, vilket indikerar att filmen som bildas av DSS 2205 i den simulerade lösningen har aktiv aktivitet.innehåll på 100 g/l Cl– och mättad CO2, ökar känsligheten för gropkorrosion, skadas lätt av aggressiva joner, vilket leder till ökad korrosion av metallmatrisen och minskad korrosionsbeständighet.
Det framgår av tabell 4 att när temperaturen stiger från 30°C till 45°C minskar motsvarande överpassiveringspotential något, men passiveringsströmtätheten för motsvarande storlek ökar avsevärt, vilket indikerar att skyddet av den passiverande filmen under dessa förhållandena ökar med stigande temperatur.När temperaturen når 60°C minskar motsvarande gropbildningspotential avsevärt, och denna trend blir tydligare när temperaturen stiger.Det bör noteras att vid 75°C uppträder en signifikant övergående strömtopp i figuren, vilket indikerar närvaron av metastabil gropkorrosion på provytan.
Med en ökning av lösningens temperatur minskar därför mängden syre löst i lösningen, pH-värdet på filmytan minskar och stabiliteten hos den passiverande filmen minskar.Dessutom, ju högre temperatur lösningen har, desto högre är aktiviteten hos aggressiva joner i lösningen och desto högre grad av skada på substratets ytfilmskikt.Oxider som bildas i filmskiktet faller lätt av och reagerar med katjoner i filmskiktet för att bilda lösliga föreningar, vilket ökar sannolikheten för gropbildning.Eftersom det regenererade filmskiktet är relativt löst är den skyddande effekten på substratet låg, vilket ökar korrosionen av metallsubstratet.Resultaten av det dynamiska polarisationspotentialtestet överensstämmer med resultaten av impedansspektroskopi.
På fig.Figur 5a visar It-kurvor för 2205 DSS i en modelllösning innehållande 100 g/L Cl– och mättad CO2.Passiveringsströmtätheten som funktion av tiden erhölls efter polarisering vid olika temperaturer under 1 timme vid en potential på -300 mV (relativt Ag/AgCl).Det kan ses att passiveringsströmdensitetstrenden för 2205 DSS vid samma potential och olika temperaturer är i princip densamma, och trenden minskar gradvis med tiden och tenderar att vara jämn.När temperaturen gradvis ökade, ökade passiveringsströmtätheten på 2205 DSS, vilket överensstämde med resultaten av polarisering, vilket också indikerade att skyddsegenskaperna för filmskiktet på metallsubstratet minskade med ökande lösningstemperatur.
Potentiostatiska polarisationskurvor av 2205 DSS vid samma filmbildningspotential och olika temperaturer.(a) Strömdensitet kontra tid, (b) Passiv filmtillväxtlogaritm.
Undersök sambandet mellan passiveringsströmtäthet och tid vid olika temperaturer för samma filmbildningspotential, som visas i (1)34:
Där i är passiveringsströmtätheten vid filmbildningspotentialen, A/cm2.A är arean av arbetselektroden, cm2.K är lutningen på kurvan som är monterad på den.t tid, s
På fig.5b visar logI- och logt-kurvor för 2205 DSS vid olika temperaturer vid samma filmbildningspotential.Enligt litteraturdata35, när linjen lutar K = -1, är filmskiktet som bildas på ytan av substratet tätare och har bättre korrosionsbeständighet mot metallsubstratet.Och när den raka linjen lutar K = -0,5 är filmskiktet som bildas på ytan löst, innehåller många små hål och har dålig korrosionsbeständighet mot metallsubstratet.Det kan ses att vid 30°C, 45°C, 60°C och 75°C förändras filmskiktets struktur från täta porer till lösa porer i enlighet med den valda linjära lutningen.Enligt Point Defect Model (PDM)36,37 kan man se att den applicerade potentialen under testet inte påverkar strömtätheten, vilket indikerar att temperaturen direkt påverkar mätningen av anodströmtätheten under testet, så strömmen ökar med stigande temperatur.lösning, och densiteten för 2205 DSS ökar, och korrosionsbeständigheten minskar.
Halvledaregenskaperna hos det tunna filmskiktet som bildas på DSS påverkar dess korrosionsbeständighet38, typen av halvledare och bärartätheten för det tunna filmskiktet påverkar sprickbildningen och gropbildningen i det tunna filmskiktet DSS39,40 där kapacitansen C och E för det potentiella tunna filmskiktet uppfyller förhållandet MS, halvledarens rymdladdning beräknas på följande sätt:
I formeln är ε permittiviteten för den passiverande filmen vid rumstemperatur, lika med 1230, ε0 är vakuumpermittiviteten, lika med 8,85 × 10–14 F/cm, E är den sekundära laddningen (1,602 × 10–19 C) ;ND är densiteten för n-typ halvledargivare, cm–3, NA är acceptortätheten för p-typ halvledare, cm–3, EFB är flatbandspotentialen, V, K är Boltzmanns konstant, 1,38 × 10–3 .23 J/K, T – temperatur, K.
Lutningen och skärningen av den anpassade linjen kan beräknas genom att anpassa en linjär separation till den uppmätta MS-kurvan, applicerad koncentration (ND), accepterad koncentration (NA) och flatbandspotential (Efb)42.
På fig.6 visar Mott-Schottky-kurvan för ytskiktet av en 2205 DSS-film bildad i en simulerad lösning innehållande 100 g/l Cl- och mättad med CO2 vid en potential (-300 mV) under 1 timme.Det kan ses att alla tunnfilmsskikt som bildas vid olika temperaturer har egenskaperna hos bipolära halvledare av n+p-typ.Halvledaren av n-typ har lösningsanjonselektivitet, vilket kan förhindra katjoner av rostfritt stål från att diffundera in i lösningen genom passiveringsfilmen, medan halvledaren av p-typ har katjonselektivitet, vilket kan förhindra att de korrosiva anjonerna i lösningen passerar passivering. ut på ytan av substratet 26 .Det kan också ses att det finns en jämn övergång mellan de två passande kurvorna, filmen är i ett plattbandstillstånd och flatbandspotentialen Efb kan användas för att bestämma läget för energibandet för en halvledare och utvärdera dess elektrokemiska stabilitet43..
Enligt MC-kurvanpassningsresultaten som visas i tabell 5, beräknades den utgående koncentrationen (ND) och den mottagande koncentrationen (NA) och flatbandspotentialen Efb 44 av samma storleksordning.Densiteten hos den applicerade bärarströmmen kännetecknar huvudsakligen punktdefekter i rymdladdningsskiktet och den passiverande filmens groppotential.Ju högre koncentrationen av den applicerade bäraren är, desto lättare bryts filmskiktet och desto högre är sannolikheten för substratkorrosion45.Dessutom, med en gradvis ökning av lösningens temperatur, ökade ND-emitterkoncentrationen i filmskiktet från 5,273×1020 cm-3 till 1,772×1022 cm-3, och NA-värdkoncentrationen ökade från 4,972×1021 till 4,592 ×1023.cm – som visas i fig.3, ökar plattbandspotentialen från 0,021 V till 0,753 V, antalet bärare i lösningen ökar, reaktionen mellan joner i lösningen intensifieras och filmskiktets stabilitet minskar.När temperaturen på lösningen ökar, ju mindre det absoluta värdet av lutningen på den approximativa linjen är, desto större täthet av bärare i lösningen, desto högre diffusionshastighet mellan joner, och desto större antal jonvakanser på ytan av filmskiktet.46,47.
Filmens kemiska sammansättning har en betydande effekt på stabiliteten hos metallkatjoner och prestandan hos halvledare, och temperaturförändringen har en viktig effekt på bildandet av en rostfri stålfilm.På fig.Figur 7 visar hela XPS-spektrumet för ytskiktet av en 2205 DSS-film i en simulerad lösning innehållande 100 g/L Cl– och mättad CO2.Huvudelementen i filmer som bildas av chips vid olika temperaturer är i princip desamma, och huvudkomponenterna i filmerna är Fe, Cr, Ni, Mo, O, N och C. Därför är huvudkomponenterna i filmskiktet Fe. , Cr, Ni, Mo, O, N och C. Behållare med Cr-oxider, Fe-oxider och -hydroxider och en liten mängd Ni- och Mo-oxider.
Fullständiga XPS 2205 DSS-spektra tagna vid olika temperaturer.(a) 30°С, (b) 45°С, (c) 60°С, (d) 75°С.
Filmens huvudsakliga sammansättning är relaterad till de termodynamiska egenskaperna hos föreningarna i den passiverande filmen.Enligt bindningsenergin för huvudelementen i filmskiktet, som anges i tabellen.6, kan det ses att de karakteristiska spektraltopparna för Cr2p3/2 är uppdelade i metall Cr0 (573,7 ± 0,2 eV), Cr2O3 (574,5 ± 0,3 eV) och Cr(OH)3 (575,4 ± 0,1 eV) som visas i figur 8a, där oxiden som bildas av Cr-elementet är huvudkomponenten i filmen, som spelar en viktig roll i filmens korrosionsbeständighet och dess elektrokemiska prestanda.Den relativa toppintensiteten för Cr2O3 i filmskiktet är högre än den för Cr(OH)3.Men när temperaturen i den fasta lösningen ökar, försvagas den relativa toppen av Cr2O3 gradvis, medan den relativa toppen av Cr(OH)3 gradvis ökar, vilket indikerar den uppenbara omvandlingen av huvud Cr3+ i filmskiktet från Cr2O3 till Cr(OH) 3, och temperaturen på lösningen ökar.
Bindningsenergin för topparna i det karakteristiska spektrumet av Fe2p3/2 består huvudsakligen av fyra toppar av det metalliska tillståndet Fe0 (706,4 ± 0,2 eV), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 eV), FeO (709,5 ± 0,1 eV) och Fe3OOH (71) eV) ± 0,3 eV), såsom visas i Fig. 8b, är Fe huvudsakligen närvarande i den bildade filmen i form av Fe2+ och Fe3+.Fe2+ från FeO dominerar Fe(II) vid lägre bindningsenergitoppar, medan Fe3O4 och Fe(III) FeOOH-föreningar dominerar vid högre bindningsenergitoppar48,49.Den relativa intensiteten för Fe3+-toppen är högre än den för Fe2+, men den relativa intensiteten för Fe3+-toppen minskar med ökande lösningstemperatur, och den relativa intensiteten för Fe2+-toppen ökar, vilket indikerar en förändring i huvudämnet i filmskiktet från Fe3+ till Fe2+ för att öka temperaturen på lösningen.
De karakteristiska spektraltopparna för Mo3d5/2 består huvudsakligen av två topppositioner Mo3d5/2 och Mo3d3/243,50, medan Mo3d5/2 inkluderar metallisk Mo (227,5 ± 0,3 eV), Mo4+ (228,9 ± 0,2 eV) och Mo6+ (±29. ), medan Mo3d3/2 också innehåller metallisk Mo (230,4 ± 0,1 eV), Mo4+ (231,5 ± 0,2 eV) och Mo6+ (232, 8 ± 0,1 eV) som visas i figur 8c, så Mo-elementen finns i valensen över tre filmskiktets tillstånd.Bindningsenergierna för de karakteristiska spektraltopparna för Ni2p3/2 består av NiO (852,4 ± 0,2 eV) och NiO (854,1 ± 0,2 eV), såsom visas i fig. 8g.Den karakteristiska N1s-toppen består av N (399,6 ± 0,3 eV), som visas i fig. 8d.Karakteristiska O1-toppar inkluderar O2- (529,7 ± 0,2 eV), OH- (531,2 ± 0,2 eV) och H2O (531,8 ± 0,3 eV), som visas i fig. Filmskiktets huvudkomponenter är (OH- och O2 -) , som huvudsakligen används för oxidation eller väteoxidation av Cr och Fe i filmskiktet.Den relativa toppintensiteten för OH- ökade signifikant när temperaturen ökade från 30°C till 75°C.Därför, med en ökning av temperaturen, ändras huvudmaterialsammansättningen av O2- i filmskiktet från O2- till OH- och O2-.
På fig.Figur 9 visar den mikroskopiska ytmorfologin för prov 2205 DSS efter dynamisk potentialpolarisering i en modelllösning innehållande 100 g/L Cl– och mättad CO2.Det kan ses att på ytan av proverna polariserade vid olika temperaturer finns det korrosionsgropar av varierande grad, detta sker i en lösning av aggressiva joner, och med en ökning av lösningens temperatur uppstår allvarligare korrosion på ytan på proverna.substrat.Antalet gropgropar per ytenhet och djupet på korrosionscentra ökar.
Korrosionskurvor av 2205 DSS i modelllösningar innehållande 100 g/l Cl– och mättad CO2 vid olika temperaturer (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c .
Därför kommer en ökning av temperaturen att öka aktiviteten för varje komponent i DSS, samt öka aktiviteten av aggressiva joner i en aggressiv miljö, vilket orsakar en viss grad av skada på provytan, vilket kommer att öka gropbildningsaktiviteten., och bildandet av korrosionsgropar kommer att öka.Hastigheten för produktbildning kommer att öka och materialets korrosionsbeständighet kommer att minska51,52,53,54,55.
På fig.10 visar morfologin och gropdjupet för ett 2205 DSS-prov polariserat med ett optiskt digitalt mikroskop med ultrahögt skärpedjup.Från fig.10a visar att mindre korrosionsgropar också uppträdde runt stora gropar, vilket indikerar att den passiverande filmen på provytan delvis förstördes med bildandet av korrosionsgropar vid en given strömtäthet, och det maximala gropdjupet var 12,9 µm.som visas i figur 10b.
DSS visar bättre korrosionsbeständighet, huvudorsaken är att filmen som bildas på stålets yta är väl skyddad i lösning, Mott-Schottky, enligt ovanstående XPS-resultat och relaterad litteratur 13,56,57,58, filmen huvudsakligen går igenom följande Detta är processen för oxidation av Fe och Cr.
Fe2+ löser sig lätt och fälls ut vid gränsytan 53 mellan filmen och lösningen, och den katodiska reaktionsprocessen är som följer:
I korroderat tillstånd bildas en tvåskikts strukturfilm, som huvudsakligen består av ett inre skikt av järn- och kromoxider och ett yttre hydroxidskikt, och joner växer vanligtvis i filmens porer.Den kemiska sammansättningen av den passiverande filmen är relaterad till dess halvledaregenskaper, vilket framgår av Mott-Schottky-kurvan, vilket indikerar att sammansättningen av den passiverande filmen är av n+p-typ och har bipolära egenskaper.XPS-resultaten visar att det yttre skiktet av den passiverande filmen huvudsakligen består av Fe-oxider och hydroxider som uppvisar halvledaregenskaper av n-typ, och att det inre skiktet huvudsakligen består av Cr-oxider och hydroxider som uppvisar halvledaregenskaper av p-typ.
2205 DSS har hög resistivitet på grund av sitt höga Cr17.54-innehåll och uppvisar varierande grad av gropbildning på grund av mikroskopisk galvanisk korrosion55 mellan duplexstrukturer.Gropkorrosion är en av de vanligaste typerna av korrosion i DSS, och temperatur är en av de viktiga faktorerna som påverkar beteendet hos gropkorrosion och har en inverkan på de termodynamiska och kinetiska processerna för DSS-reaktionen60,61.Vanligtvis, i en simulerad lösning med en hög koncentration av Cl– och mättad CO2, påverkar temperaturen också bildandet av gropbildning och initiering av sprickor under spänningskorrosionssprickning under spänningskorrosionssprickning, och den kritiska temperaturen för gropbildning bestäms för att utvärdera korrosionsbeständigheten.DSS.Materialet, som återspeglar metallmatrisens känslighet för temperatur, används vanligtvis som en viktig referens vid materialval i tekniska tillämpningar.Den genomsnittliga kritiska punktfrätningstemperaturen på 2205 DSS i den simulerade lösningen är 66,9°C, vilket är 25,6°C högre än för Super 13Cr rostfritt stål med 3,5 % NaCl, men det maximala gropdjupet nådde 12,9 µm62.De elektrokemiska resultaten bekräftade vidare att de horisontella områdena av fasvinkeln och frekvensen smalnar av med ökande temperatur, och när fasvinkeln minskar från 79° till 58° blir värdet för |Z|minskar från 1,26×104 till 1,58×103 Ω cm2.laddningsöverföringsresistans Rct minskade från 2,958 1014 till 2,541 103 Ω cm2, lösningsresistans Rs minskade från 2,953 till 2,469 Ω cm2, filmresistans Rf minskade från 5,430 10-4 cm2 till 1,147 10-3 cm2.Konduktiviteten hos den aggressiva lösningen ökar, stabiliteten hos metallmatrisfilmskiktet minskar, det löses upp och spricker lätt.Självkorrosionsströmtätheten ökade från 1,482 till 2,893×10-6 A cm-2, och självkorrosionspotentialen minskade från -0,532 till -0,621V.Det kan ses att förändringen i temperatur påverkar integriteten och densiteten hos filmskiktet.
Tvärtom ökar en hög koncentration av Cl- och en mättad lösning av CO2 gradvis adsorptionskapaciteten för Cl- på ytan av den passiverande filmen med ökande temperatur, stabiliteten hos passiveringsfilmen blir instabil och den skyddande effekten på substratet blir svagare och känsligheten för gropfrätning ökar.I detta fall ökar aktiviteten hos korrosiva joner i lösningen, syrehalten minskar och ytfilmen av det korroderade materialet är svår att snabbt återhämta sig, vilket skapar gynnsammare förhållanden för ytterligare adsorption av korrosiva joner på ytan.Materialminskning63.Robinson et al.[64] visade att med en ökning av lösningens temperatur accelererar tillväxthastigheten för gropar, och diffusionshastigheten för joner i lösningen ökar också.När temperaturen stiger till 65 °C, bromsar upplösningen av syre i en lösning som innehåller Cl-joner den katodiska reaktionsprocessen, graden av gropbildning minskar.Han20 undersökte effekten av temperatur på korrosionsbeteendet hos 2205 duplext rostfritt stål i en CO2-miljö.Resultaten visade att en ökning av temperaturen ökade mängden korrosionsprodukter och arean av krymphåligheter på materialets yta.På liknande sätt, när temperaturen stiger till 150°C, bryts oxidfilmen på ytan, och kratrarnas täthet är som högst.Lu4 undersökte effekten av temperatur på korrosionsbeteendet hos 2205 duplext rostfritt stål från passivering till aktivering i en geotermisk miljö innehållande CO2.Deras resultat visar att vid en testtemperatur under 150 °C har den formade filmen en karakteristisk amorf struktur, och det inre gränssnittet innehåller ett nickelrikt skikt, och vid en temperatur på 300 °C har den resulterande korrosionsprodukten en struktur i nanoskala .-polykristallint FeCr2O4, CrOOH och NiFe2O4.
På fig.11 är ett diagram över korrosions- och filmbildningsprocessen för 2205 DSS.Före användning bildar 2205 DSS en passiverande film i atmosfären.Efter att ha blivit nedsänkt i en miljö som simulerar en lösning som innehåller lösningar med hög halt av Cl- och CO2, omges dess yta snabbt av olika aggressiva joner (Cl-, CO32-, etc.).).J. Banas 65 kom till slutsatsen att i en miljö där CO2 finns samtidigt kommer stabiliteten hos den passiverande filmen på materialets yta att minska med tiden, och den bildade kolsyran tenderar att öka ledningsförmågan hos joner i den passiverande lager.film och acceleration av upplösning av joner i en passiverande film.passiverande film.Således är filmskiktet på provytan i ett dynamiskt jämviktsstadium av upplösning och återpassivering66, Cl- minskar hastigheten för bildandet av ytfilmskiktet, och små gropgropar uppträder på filmytans intilliggande område, som visas i figur 3. Visa.Som visas i figur 11a och b uppstår samtidigt små instabila korrosionsgropar.När temperaturen stiger ökar aktiviteten hos korrosiva joner i lösning på filmskiktet, och djupet på de små instabila groparna ökar tills filmskiktet är fullständigt penetrerat av det transparenta, som visas i figur 11c.Med en ytterligare ökning av temperaturen på upplösningsmediet accelererar innehållet av löst CO2 i lösningen, vilket leder till en minskning av lösningens pH-värde, en ökning av densiteten hos de minsta instabila korrosionsgroparna på SPP-ytan djupet av de initiala korrosionsgroparna expanderar och fördjupas, och den passiverande filmen på provets yta När tjockleken minskar blir passiveringen av filmen mer benägen till gropbildning som visas i figur 11d.Och de elektrokemiska resultaten bekräftade dessutom att förändringen i temperatur har en viss effekt på filmens integritet och densitet.Således kan man se att korrosion i lösningar mättade med CO2 som innehåller höga koncentrationer av Cl- skiljer sig väsentligt från korrosion i lösningar som innehåller låga koncentrationer av Cl-67,68.
Korrosionsprocess 2205 DSS med bildande och förstörelse av en ny film.(a) Process 1, (b) Process 2, (c) Process 3, (d) Process 4.
Den genomsnittliga kritiska groptemperaturen på 2205 DSS i en simulerad lösning innehållande 100 g/l Cl– och mättad CO2 är 66,9 ℃, och det maximala gropdjupet är 12,9 µm, vilket minskar korrosionsbeständigheten på 2205 DSS och ökar känsligheten för gropfrätning.temperaturökning.
Posttid: 2023-02-16