Hvala vam što ste posjetili Nature.com.Koristite verziju pretraživača sa ograničenom podrškom za CSS.Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani pretraživač (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru).Osim toga, kako bismo osigurali stalnu podršku, prikazujemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Prikazuje vrtuljak od tri slajda odjednom.Koristite dugmad Prethodno i Sljedeće da se krećete kroz tri slajda odjednom ili koristite dugmad klizača na kraju da se krećete kroz tri slajda odjednom.
Duplex 2205 nehrđajući čelik (DSS) ima dobru otpornost na koroziju zbog svoje tipične dupleks strukture, ali sve oštrije okruženje nafte i plina koje sadrži CO2 rezultira različitim stupnjevima korozije, posebno pitting, što ozbiljno ugrožava sigurnost i pouzdanost ulja i prirodnih gasne aplikacije.razvoj gasa.U ovom radu korišćeni su imerzioni test i elektrohemijski test u kombinaciji sa 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 propadanja pitinga, interval pasivacije i potencijal samokorozije se smanjuju, gustoća struje pasivizacije veličine se povećava, a osjetljivost na piting se povećava.Daljnjim povećanjem temperature, radijus kapacitivnog luka 2205 DSS se smanjuje, površinski otpor i otpor prijenosa naboja postepeno se smanjuju, a gustoća donorskih i akceptorskih nosača u sloju filma proizvoda sa n + p-bipolarnim karakteristikama također raste, smanjuje se sadržaj Cr oksida u unutrašnjem sloju filma, povećava se sadržaj Fe oksida u vanjskom sloju, povećava se otapanje sloja filma, smanjuje se stabilnost, povećava se broj rupica i veličina pora.
U kontekstu brzog ekonomskog i društvenog razvoja i društvenog napretka, potražnja za resursima nafte i plina nastavlja rasti, tjerajući razvoj nafte i plina da se postepeno pomjera na jugozapadna i priobalna područja sa težim uvjetima i životnom sredinom, pa su uvjeti poslovanja dubinske cijevi postaju sve ozbiljnije..Pogoršanje 1,2,3.U oblasti istraživanja nafte i plina, kada se poveća CO2 4 i sadržaj saliniteta i klora 5, 6 u proizvedenom fluidu, obična cijev od 7 ugljičnog čelika je podložna ozbiljnoj koroziji, čak i ako se inhibitori korozije upumpavaju u cijev, korozija se ne može efikasno suzbiti čelik više ne može zadovoljiti zahtjeve dugotrajnog rada u teškim korozivnim CO28,9,10 okruženjima.Istraživači su se okrenuli dupleks nerđajućim čelicima (DSS) s boljom otpornošću na koroziju.2205 DSS, sadržaj ferita i austenita u čeliku je oko 50%, ima odlična mehanička svojstva i otpornost na koroziju, površinski pasivacijski film je gust, ima odličnu jednoličnu otpornost na koroziju, cijena je niža od cijene legura na bazi nikla 11 , 12. Dakle, 2205 DSS se obično koristi kao posuda pod pritiskom u korozivnom okruženju, kućište naftnih bušotina u korozivnom CO2 okruženju, hladnjak vode za kondenzacijski sistem u naftnim i hemijskim poljima 13, 14, 15, ali 2205 DSS može imati i korozivnu perforaciju u službi.
Trenutno su provedena mnoga istraživanja CO2- i Cl-pitting korozije 2205 DSS u zemlji i inostranstvu [16,17,18].Ebrahimi19 je otkrio da dodavanje soli kalij-dihromata u otopinu NaCl može inhibirati 2205 DSS pitting, a povećanje koncentracije kalij-dihromata povećava kritičnu temperaturu 2205 DSS pitinga.Međutim, potencijal pittinga 2205 DSS povećava se zbog dodavanja određene koncentracije NaCl u kalij dihromat i smanjuje se s povećanjem koncentracije NaCl.Han20 pokazuje da je na 30 do 120°C struktura 2205 DSS pasivizirajućeg filma mješavina unutrašnjeg sloja Cr2O3, vanjskog sloja FeO i bogatog Cr;kada temperatura poraste na 150 °C, pasivacijski film se otapa., unutrašnja struktura se mijenja u Cr2O3 i Cr(OH)3, a vanjski sloj prelazi u Fe(II,III) oksid i Fe(III) hidroksid.Peguet21 je otkrio da se stacionarni pitting nehrđajućeg čelika S2205 u otopini NaCl obično javlja ne ispod kritične temperature pitinga (CPT), već u rasponu temperature transformacije (TTI).Thiadi22 je zaključio da kako se koncentracija NaCl povećava, otpornost na koroziju S2205 DSS značajno opada, a što je negativniji primijenjeni potencijal, to je otpornost materijala na koroziju lošija.
U ovom članku, dinamičko skeniranje potencijala, spektroskopija impedanse, konstantni potencijal, Mott-Schottky kriva i optička elektronska mikroskopija korišćeni su za proučavanje uticaja visokog saliniteta, visoke koncentracije Cl– i temperature na korozivno ponašanje 2205 DSS.i fotoelektronsku spektroskopiju, koja pruža teorijsku osnovu za siguran rad 2205 DSS-a u naftnim i plinskim sredinama koje sadrže CO2.
Ispitni materijal je odabran od čelika tretiranog rastvorom 2205 DSS (čelik 110ksi), a glavni hemijski sastav je prikazan u tabeli 1.
Veličina elektrohemijskog uzorka je 10 mm × 10 mm × 5 mm, očisti se acetonom da se ukloni ulje i apsolutni etanol i osuši.Stražnja strana ispitnog komada je zalemljena da se poveže odgovarajuća dužina bakarne žice.Nakon zavarivanja, pomoću multimetra (VC9801A) provjerite električnu provodljivost zavarenog ispitnog komada, a zatim zalijepite neradnu površinu epoksidom.Koristite 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# vodeni brusni papir od silicijum karbida za poliranje radne površine na mašini za poliranje sa 0,25um sredstvom za poliranje do hrapavosti površine Ra≤1,6um, i na kraju očistite i stavite u termostat .
Korištena je elektrohemijska radna stanica Priston (P4000A) sa sistemom 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) korišteno.Model otopina korištena u testu pripremljena je prema (Tablica 2).Pre ispitivanja, rastvor N2 visoke čistoće (99,99%) je propušten 1 h, a zatim je CO2 propušten 30 minuta da se rastvor deoksigenira., a CO2 u otopini je uvijek bio u stanju zasićenja.
Prvo stavite uzorak u rezervoar koji sadrži test rastvor i stavite ga u vodeno kupatilo sa konstantnom temperaturom.Početna temperatura podešavanja je 2°C, a porast temperature se kontroliše brzinom od 1°C/min, a temperaturni opseg se kontroliše.na 2-80°C.Celzijus.Test počinje pri konstantnom potencijalu (-0,6142 Vs.Ag/AgCl), a testna kriva je It kriva.Prema standardu ispitivanja kritične temperature pittinga, It kriva može biti poznata.Temperatura pri kojoj gustina struje raste do 100 μA/cm2 naziva se kritična temperatura pitinga.Prosječna kritična temperatura za udubljenje je 66,9 °C.Temperature ispitivanja za krivu polarizacije i spektar impedanse su odabrane na 30°C, 45°C, 60°C i 75°C, respektivno, a test je ponovljen tri puta pod istim uslovima 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 krivulje polarizacije kako bi se eliminirao oksidni film formiran na radnoj površini uzorka, a zatim na potencijalu otvorenog kruga od 1 h dok se napon korozije ne uspostavi.Brzina skeniranja krive polarizacije dinamičkog potencijala je postavljena na 0,333 mV/s, a potencijal intervala skeniranja na -0,3 ~ 1,2 V u odnosu na OCP.Da bi se osigurala tačnost testa, isti uslovi ispitivanja su ponovljeni 3 puta.
Softver za testiranje spektra impedanse – Versa Studio.Test je prvo izveden pri stalnom potencijalu otvorenog kruga, amplituda naizmjeničnog napona smetnji postavljena je na 10 mV, a frekvencija mjerenja na 10–2–105 Hz.podaci o spektru nakon testiranja.
Proces testiranja krive trenutnog vremena: odaberite različite potencijale pasivizacije prema rezultatima krivulje anodne polarizacije, izmjerite It krivu pri konstantnom potencijalu i prilagodite krivulju dvostrukog logaritma za izračunavanje nagiba ugrađene krive za analizu filma.mehanizam stvaranja pasivizirajućeg filma.
Nakon što se napon otvorenog kola stabilizuje, izvršite test Mott-Schottky krive.Opseg skeniranja test potencijala 1.0~-1.0V (vS.Ag/AgCl), brzina skeniranja 20mV/s, frekvencija testiranja postavljena na 1000Hz, signal pobude 5mV.
Koristite rendgensku fotoelektronsku spektroskopiju (XPS) (ESCALAB 250Xi, UK) za ispitivanje sastava i hemijskog stanja površinskog pasivirajućeg filma nakon formiranja 2205 DSS filma i izvođenje obrade podataka mjerenja u skladu sa vrhom pomoću vrhunskog softvera.upoređeno sa bazama podataka atomskih spektra i srodnom literaturom23 i kalibrirano pomoću C1s (284,8 eV).Morfologija korozije i dubina udubljenja na uzorcima karakterizirana je ultradubokim optičkim digitalnim mikroskopom (Zeiss Smart Zoom5, Njemačka).
Uzorak je ispitan na istom potencijalu (-0,6142 V rel. Ag/AgCl) metodom konstantnog potencijala, a krivulja struje korozije je snimljena s vremenom.Prema standardu CPT testa, gustina polarizacione struje postepeno raste sa porastom temperature.1 prikazuje kritičnu temperaturu pittinga od 2205 DSS u simuliranom rastvoru koji sadrži 100 g/L Cl– i zasićenog CO2.Može se vidjeti da se pri niskoj temperaturi otopine gustoća struje praktički ne mijenja s povećanjem vremena testiranja.A kada se temperatura otopine poveća na određenu vrijednost, gustina struje se brzo povećava, što ukazuje da se brzina rastvaranja pasivizirajućeg filma povećava s povećanjem temperature otopine.Kada se temperatura čvrstog rastvora poveća sa 2°C na oko 67°C, gustina struje polarizacije 2205DSS se povećava na 100µA/cm2, a prosečna kritična temperatura pittinga za 2205DSS je 66,9°C, što je oko 16,6°C. viši od 2205DSS.standard 3,5 mas.% NaCl (0,7 V)26.Kritična temperatura udubljenja zavisi od primijenjenog potencijala u vrijeme mjerenja: što je niži primijenjeni potencijal, to je viša izmjerena kritična temperatura pittinga.
Krivulja kritične temperature 2205 dupleks nerđajućeg čelika u simuliranoj otopini koja sadrži 100 g/L Cl– i zasićenog CO2.
Na sl.2 prikazuje grafikone impedanse naizmenične struje 2205 DSS u simuliranim rastvorima koji sadrže 100 g/L Cl- i zasićenog CO2 na različitim temperaturama.Može se vidjeti da se Nyquist dijagram 2205DSS na različitim temperaturama sastoji od visokofrekventnih, srednjefrekventnih i niskofrekventnih lukova otpor-kapacitivnost, a lukovi otpor-kapacitivnost nisu polukružni.Polumjer kapacitivnog luka odražava vrijednost otpora pasivizirajućeg filma i vrijednost otpora prijenosa naboja tokom reakcije elektrode.Općenito je prihvaćeno da što je veći radijus kapacitivnog luka, to je bolja otpornost metalne podloge na koroziju u otopini27.Pri temperaturi rastvora od 30 °C, radijus kapacitivnog luka na Nyquist dijagramu i fazni ugao na dijagramu modula impedanse |Z|Bode je najveća, a 2205 DSS korozija je najniža.Kako temperatura rastvora raste, |Z|Modul impedanse, radijus luka i otpor rastvora se smanjuju, osim toga, fazni ugao se takođe smanjuje sa 79 Ω na 58 Ω u međufrekventnom području, pokazujući široki vrh i gust unutrašnji sloj i retki (porozni) spoljni sloj koji su glavni karakteristike nehomogenog pasivnog filma28.Stoga, kako temperatura raste, pasivizirajući film formiran na površini metalne podloge otapa se i puca, što slabi zaštitna svojstva podloge i pogoršava otpornost materijala na koroziju29.
Koristeći softver ZSimDeme za uklapanje podataka spektra impedancije, ugrađeno ekvivalentno kolo je prikazano na slici 330, gdje je Rs simulirani otpor rješenja, Q1 je kapacitivnost filma, Rf je otpor generiranog pasivizirajućeg filma, Q2 je dvostruki kapacitivnost sloja, a Rct je otpor prijenosa naboja.Iz rezultata uklapanja u tabelu.3 pokazuje da kako temperatura simuliranog rješenja raste, vrijednost n1 opada sa 0,841 na 0,769, što ukazuje na povećanje jaza između dvoslojnih kondenzatora i smanjenje gustoće.Otpor prijenosa naboja Rct postupno se smanjivao sa 2,958×1014 na 2,541×103 Ω cm2, što ukazuje na postupno smanjenje otpornosti materijala na koroziju.Otpor otopine Rs se smanjio sa 2,953 na 2,469 Ω cm2, a kapacitivnost Q2 pasivizirajućeg filma se smanjila sa 5,430 10-4 na 1,147 10-3 Ω cm2, provodljivost otopine se povećala, stabilnost pasivizirajućeg filma smanjena , a rastvor Cl-, SO42- itd.) u mediju se povećava, što ubrzava uništavanje pasivizirajućeg filma31.To dovodi do smanjenja otpora filma Rf (sa 4662 na 849 Ω cm2) i smanjenja otpora polarizacije Rp (Rct+Rf) formiranog na površini duplex nehrđajućeg čelika.
Dakle, temperatura rastvora utiče na otpornost na koroziju DSS 2205. Na niskoj temperaturi rastvora dolazi do reakcionog procesa između katode i anode u prisustvu Fe2+, što doprinosi brzom rastvaranju i koroziji. anoda, kao i pasivizacija filma formiranog na površini, potpunija i veća gustoća, veći otpor otpora prenosa naelektrisanja između rastvora, usporava otapanje metalne matrice i pokazuje bolju otpornost na koroziju.Kako temperatura otopine raste, otpor prijenosu naboja Rct opada, brzina reakcije između jona u otopini se ubrzava, a brzina difuzije agresivnih iona se ubrzava, tako da se početni produkti korozije ponovo formiraju na površini podlogu sa površine metalne podloge.Tanji pasivizirajući 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 zasićenog CO2 na različitim temperaturama.Sa slike se može vidjeti da kada je potencijal u rasponu od -0,4 do 0,9 V, anodne krive na različitim temperaturama imaju očigledne regije pasivacije, a potencijal samokorozije je oko -0,7 do -0,5 V. gustoća povećava struju do 100 μA/cm233 anodna kriva se obično naziva pitting potencijal (Eb ili Etra).Kako temperatura raste, interval pasivacije se smanjuje, potencijal samokorozije opada, gustina struje korozije ima tendenciju povećanja, a krivulja polarizacije se pomiče nadole udesno, što ukazuje da je film formiran od DSS 2205 u simuliranom rastvoru aktivan. aktivnost.sadržaj od 100 g/l Cl– i zasićenog CO2, povećava osjetljivost na piting koroziju, lako se oštećuje agresivnim ionima, što dovodi do povećane korozije metalne matrice i smanjenja otpornosti na koroziju.
Iz tabele 4 se može vidjeti da kada temperatura poraste sa 30°C na 45°C, odgovarajući potencijal prepasivacije neznatno opada, ali se gustoća struje pasivacije odgovarajuće veličine značajno povećava, što ukazuje da zaštita pasivizirajućeg filma ispod ovih uslovi se povećavaju sa porastom temperature.Kada temperatura dostigne 60°C, odgovarajući potencijal pitinga se značajno smanjuje, a ovaj trend postaje očigledniji kako temperatura raste.Treba napomenuti da se na 75°C na slici pojavljuje značajan prolazni vrh struje, što ukazuje na prisustvo metastabilne pitting korozije na površini uzorka.
Stoga, s povećanjem temperature otopine, količina kisika otopljenog u otopini opada, pH vrijednost površine filma opada, a stabilnost pasivizirajućeg filma opada.Osim toga, što je temperatura otopine viša, to je veća aktivnost agresivnih iona u otopini i veća je stopa oštećenja površinskog sloja filma podloge.Oksidi formirani u sloju filma lako padaju i reaguju sa kationima u sloju filma da bi formirali rastvorljiva jedinjenja, povećavajući verovatnoću pojave rupa.Budući da je regenerirani sloj filma relativno labav, zaštitni učinak na podlogu je nizak, što povećava koroziju metalne podloge.Rezultati testa dinamičkog polarizacionog potencijala su u skladu sa rezultatima impedansne spektroskopije.
Na sl.Slika 5a prikazuje It krive za 2205 DSS u modelnom rastvoru koji sadrži 100 g/L Cl– i zasićenog CO2.Gustoća struje pasivacije kao funkcija vremena dobijena je nakon polarizacije na različitim temperaturama u trajanju od 1 h pri potencijalu od -300 mV (u odnosu na Ag/AgCl).Može se vidjeti da je trend gustine struje pasivacije 2205 DSS na istom potencijalu i različitim temperaturama u osnovi isti, a trend se postepeno smanjuje s vremenom i teži da bude glatki.Kako se temperatura postepeno povećavala, gustina struje pasivacije 2205 DSS se povećavala, što je bilo u skladu sa rezultatima polarizacije, što je takođe ukazivalo da se zaštitne karakteristike sloja filma na metalnoj podlozi smanjuju sa povećanjem temperature rastvora.
Potenciostatske polarizacijske krive 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 gustine struje pasivacije i vremena na različitim temperaturama za isti potencijal stvaranja filma, kao što je prikazano u (1)34:
Gdje je i gustina struje pasivacije na potencijalu stvaranja filma, A/cm2.A je površina radne elektrode, cm2.K je nagib krive koja je postavljena na njega.t vrijeme, s
Na sl.5b prikazuje logI i logt krivulje za 2205 DSS na različitim temperaturama pri istom potencijalu formiranja filma.Prema podacima iz literature,35 kada je linija nagnuta K = -1, sloj filma koji se formira na površini podloge je gušći i ima bolju otpornost na koroziju metalne podloge.A kada je prava linija nagnuta K = -0,5, sloj filma koji se formira 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 sa odabranim linearnim nagibom.Prema Point Defect Modelu (PDM)36,37 može se vidjeti da primijenjeni potencijal tokom ispitivanja ne utiče na gustinu struje, što ukazuje da temperatura direktno utiče na mjerenje gustine anodne struje tokom ispitivanja, pa struja raste sa porastom temperature.rastvora, a gustina 2205 DSS raste, a otpornost na koroziju opada.
Poluprovodnička svojstva sloja tankog filma formiranog na DSS-u utiču na njegovu otpornost na koroziju38, tip poluprovodnika i gustina nosača sloja tankog filma utiču na pucanje i pitting sloja tankog filma DSS39,40 gde su kapacitivnost C i E od potencijalni sloj tankog filma zadovoljava relaciju MS, prostorni naboj poluprovodnika se izračunava na sljedeći način:
U formuli, ε je permitivnost pasivizirajućeg 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 gustina donora poluprovodnika n-tipa, cm–3, NA je gustina akceptora poluprovodnika 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 presek ugrađene linije mogu se izračunati uklapanjem linearne separacije na izmjerenu MS krivu, primijenjenu koncentraciju (ND), prihvaćenu koncentraciju (NA) i potencijal ravnog pojasa (Efb)42.
Na sl.6 prikazuje Mott-Schottky krivulju površinskog sloja 2205 DSS filma formiranog u simuliranom rastvoru koji sadrži 100 g/l Cl- i zasićenog CO2 pri potencijalu (-300 mV) tokom 1 sata.Može se vidjeti da svi slojevi tankog filma formirani na različitim temperaturama imaju karakteristike bipolarnih poluvodiča n+p-tipa.Poluvodič n-tipa ima selektivnost aniona 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 od pasiviranja. Film dolazi na površini podloge 26 .Također se može vidjeti da postoji glatki prijelaz između dvije krive uklapanja, film je u stanju ravnog pojasa, a potencijal ravnog pojasa Efb se može koristiti za određivanje položaja energetskog pojasa poluvodiča i procjenu njegove elektrohemijske stabilnost43..
Prema rezultatima prilagođavanja MC krive prikazanim u Tablici 5, izračunate su izlazna koncentracija (ND) i prijemna koncentracija (NA) i potencijal ravnog pojasa Efb 44 istog reda veličine.Gustoća primijenjene struje nosioca uglavnom karakterizira točkaste defekte u sloju prostornog naboja i pitting potencijal pasivizirajućeg filma.Što je veća koncentracija nanesenog nosača, sloj filma se lakše lomi i veća je vjerovatnoća korozije podloge45.Osim toga, s postepenim povećanjem temperature otopine, koncentracija ND emitera u sloju filma porasla je sa 5,273×1020 cm-3 na 1,772×1022 cm-3, a koncentracija NA domaćina porasla je sa 4,972×1021 na 4,592 ×1023.cm – kao što je prikazano na sl.3, potencijal ravnog pojasa raste sa 0,021 V na 0,753 V, povećava se broj nosača u otopini, pojačava se reakcija između jona u otopini, a stabilnost sloja filma opada.Kako temperatura otopine raste, što je manja apsolutna vrijednost nagiba aproksimirajuće linije, to je veća gustina nosača u otopini, veća je brzina difuzije između jona i veći je broj slobodnih jona na površine sloja filma., čime se smanjuje metalna podloga, stabilnost i otpornost na koroziju 46,47.
Hemijski sastav filma ima značajan utjecaj na stabilnost metalnih kationa i performanse poluvodiča, a promjena temperature ima važan utjecaj na formiranje filma od nehrđajućeg čelika.Na sl.Slika 7 prikazuje puni XPS spektar površinskog sloja 2205 DSS filma u simuliranom rastvoru koji sadrži 100 g/L Cl– i zasićenog CO2.Glavni elementi u filmovima formiranim od čipova na različitim temperaturama su u osnovi 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. Posuda sa Cr oksidima, Fe oksidima i hidroksidima i malom količinom Ni i Mo oksida.
Puni XPS 2205 DSS spektri snimljeni na različitim temperaturama.(a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°S.
Glavni sastav filma povezan je s termodinamičkim svojstvima spojeva u pasivizirajućem filmu.Prema energiji vezivanja glavnih elemenata u sloju filma, datoj u tabeli.6, može se vidjeti da su karakteristični spektralni pikovi Cr2p3/2 podijeljeni na metalni 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, na kojoj je oksid formiran od Cr elementa glavna komponenta filma, koja igra važnu ulogu u otpornosti filma na koroziju i njegovim elektrohemijskim performansama.Relativni vršni intenzitet Cr2O3 u sloju filma je veći od intenziteta Cr(OH)3.Međutim, kako temperatura čvrstog rastvora raste, relativni pik Cr2O3 postepeno slabi, dok se relativni maksimum Cr(OH)3 postepeno povećava, što ukazuje na očiglednu transformaciju glavnog Cr3+ u sloju filma iz Cr2O3 u Cr(OH) 3, a temperatura rastvora raste.
Energija veze pikova karakterističnog spektra Fe2p3/2 uglavnom se sastoji od četiri pika metalnog stanja Fe0 (706,4 ± 0,2 eV), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 eV), FeO (709,5 ± 0,1 eH13 eV7) i FeO (709,5 ± 0,1 eV7). 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 vrhovima energije vezivanja, dok jedinjenja Fe3O4 i Fe(III) FeOOH dominiraju na višim vrhovima energije vezivanja48,49.Relativni intenzitet Fe3+ pika je veći od Fe2+, ali relativni intenzitet Fe3+ pika opada sa povećanjem temperature rastvora, a relativni intenzitet Fe2+ pika se povećava, što ukazuje na promenu glavne supstance u sloju filma od Fe3+ do Fe2+ za povećanje temperature rastvora.
Karakteristični spektralni vrhovi Mo3d5/2 uglavnom se sastoje od dva položaja pika 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+ ( ± 2 ± 2 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 preko tri valencije stanje sloja filma.Energije vezivanja karakterističnih spektralnih pikova 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 N1s pik se sastoji od N (399,6 ± 0,3 eV), kao što je prikazano na slici 8d.Karakteristični O1s vrhovi 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 oksidaciju vodika Cr i Fe u sloju filma.Relativni vršni intenzitet OH- se značajno povećao kako je temperatura porasla sa 30°C na 75°C.Stoga, s porastom temperature, glavni materijalni sastav O2- u sloju filma mijenja se od O2- do OH- i O2-.
Na sl.Slika 9 prikazuje mikroskopsku morfologiju površine uzorka 2205 DSS nakon dinamičke polarizacije potencijala u modelnom rastvoru koji sadrži 100 g/L Cl– i zasićenog CO2.Vidi se da na površini uzoraka polarizovanih na različitim temperaturama postoje korozivne jame različitog stepena, to se dešava u rastvoru agresivnih jona, a sa povećanjem temperature rastvora dolazi do ozbiljnije korozije na površine uzoraka.supstrat.Povećava se broj udubljenja po jedinici površine i dubina centara korozije.
Krive korozije 2205 DSS u modelskim rastvorima koji sadrže 100 g/l Cl– i zasićenog 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 jona u agresivnom okruženju, uzrokujući određeni stepen oštećenja površine uzorka, što će povećati aktivnost pitinga., a formiranje korozijskih jama će se povećati.Brzina formiranja proizvoda će se povećati, a otpornost materijala na koroziju će se smanjiti51,52,53,54,55.
Na sl.10 prikazuje morfologiju i dubinu pitinga uzorka 2205 DSS polariziranog optičkim digitalnim mikroskopom ultra velike dubine polja.Od sl.Na slici 10a se vidi da su se manje korozijske jame pojavile i oko velikih jama, što ukazuje da je pasivizirajući film na površini uzorka djelomično uništen formiranjem korozijskih jamica pri datoj gustoći struje, a maksimalna dubina rupica je bila 12,9 µm.kao što je prikazano na slici 10b.
DSS pokazuje bolju otpornost na koroziju, glavni razlog je taj što je film formiran na površini čelika dobro zaštićen u otopini, Mott-Schottky, prema gore navedenim XPS rezultatima i povezanoj literaturi 13,56,57,58, film uglavnom prolazi kroz sljedeće Ovo 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 unutrašnjeg sloja oksida željeza i kroma i vanjskog hidroksidnog sloja, a ioni obično rastu u porama filma.Hemijski sastav pasivizirajućeg filma povezan je s njegovim poluprovodničkim svojstvima, o čemu svjedoči Mott-Schottky kriva, što ukazuje da je sastav pasivizirajućeg filma n+p-tipa i da ima bipolarne karakteristike.Rezultati XPS pokazuju da se vanjski sloj pasivizirajućeg filma uglavnom sastoji od Fe oksida i hidroksida koji pokazuju svojstva poluvodiča n-tipa, a unutrašnji sloj se uglavnom sastoji od Cr oksida i hidroksida koji pokazuju svojstva poluvodiča p-tipa.
2205 DSS ima visoku otpornost zbog visokog sadržaja Cr17,54 i pokazuje različite stupnjeve pittinga zbog mikroskopske galvanske korozije55 između dupleks struktura.Pitting korozija je jedan od najčešćih tipova korozije u DSS, a temperatura je jedan od važnih faktora koji utječe na ponašanje pitting korozije i ima utjecaj na termodinamičke i kinetičke procese DSS reakcije60,61.Tipično, u simuliranom rješenju s visokom koncentracijom Cl– i zasićenog CO2, temperatura također utječe na formiranje rupice i iniciranje pukotina tokom korozionog pucanja pod naprezanjem ispod korozionog pucanja pod naprezanjem, a kritična temperatura udubljenja je određena 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 aplikacijama.Prosječna kritična temperatura pittinga 2205 DSS u simuliranom rješenju je 66,9°C, što je 25,6°C više od Super 13Cr nehrđajućeg čelika sa 3,5% NaCl, ali je maksimalna dubina pittinga dostigla 12,9 µm62.Elektrohemijski rezultati su dalje potvrdili da se horizontalna područja faznog ugla i frekvencije sužavaju sa porastom temperature, a kako se fazni ugao smanjuje sa 79° na 58°, vrednost |Z|smanjuje se sa 1,26×104 na 1,58×103 Ω cm2.Otpor prijenosa naelektrisanja Rct je smanjen sa 2,958 1014 na 2,541 103 Ω cm2, otpor rastvora Rs je smanjen sa 2,953 na 2,469 Ω cm2, otpor filma Rf je smanjen sa 5,430 10-4 cm2 na 1,147 10-3 cm2.Povećava se vodljivost agresivne otopine, smanjuje se stabilnost sloja filma metalne matrice, otapa se i lako puca.Gustoća struje samokorozije porasla je sa 1,482 na 2,893×10-6 A cm-2, a potencijal samokorozije je smanjen sa -0,532 na -0,621V.Može se vidjeti da promjena temperature utiče na integritet i gustinu sloja filma.
Naprotiv, visoka koncentracija Cl- i zasićena otopina CO2 postupno povećavaju adsorpcijski kapacitet Cl- na površini pasivizirajućeg filma s povećanjem temperature, stabilnost pasivirajućeg filma postaje nestabilna, a zaštitni učinak na supstrat postaje slabiji, a podložnost rupama se povećava.U tom slučaju se povećava aktivnost korozivnih iona u otopini, smanjuje sadržaj kisika, a površinski film korodiranog materijala se teško brzo obnavlja, što stvara povoljnije uvjete za dalju adsorpciju korozivnih iona na površini.Smanjenje materijala63.Robinson et al.[64] su pokazali da se povećanjem temperature otopine ubrzava brzina rasta jamica, a povećava se i brzina difuzije jona u otopini.Kada temperatura poraste na 65 °C, otapanje kisika u otopini koja sadrži Cl-ione usporava proces katodne reakcije, brzina pitinga se smanjuje.Han20 je istraživao utjecaj temperature na korozijsko ponašanje 2205 duplex nehrđajućeg čelika u CO2 okruženju.Rezultati su pokazali da povećanje temperature povećava količinu produkata korozije i površinu šupljina skupljanja na površini materijala.Slično, kada temperatura poraste na 150°C, oksidni film na površini puca, a gustoća kratera je najveća.Lu4 je istraživao utjecaj temperature na korozijsko ponašanje 2205 duplex nehrđajućeg čelika 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 unutrašnje sučelje sadrži sloj bogat niklom, a na temperaturi od 300 °C, nastali korozijski produkt ima strukturu nanoska. .-polikristalni FeCr2O4, CrOOH i NiFe2O4.
Na sl.11 je dijagram procesa korozije i stvaranja filma 2205 DSS.Prije upotrebe, 2205 DSS formira pasivizirajući film u atmosferi.Nakon uranjanja u okruženje koje simulira rastvor koji sadrži rastvore sa visokim sadržajem Cl- i CO2, njegova površina je brzo okružena raznim agresivnim jonima (Cl-, CO32-, itd.).).J. Banas 65 je došao do zaključka da će u okruženju u kojem je istovremeno prisutan CO2, stabilnost pasivizirajućeg filma na površini materijala s vremenom opadati, a formirana ugljična kiselina teži povećanju provodljivosti iona u pasivizirajućem sloju. sloj.filma i ubrzanje rastvaranja jona u pasivizirajućem filmu.pasivizirajući film.Dakle, sloj filma na površini uzorka je u fazi dinamičke ravnoteže otapanja i repasivacije66, Cl- smanjuje brzinu formiranja površinskog sloja filma, a na susjednom području površine filma pojavljuju se sitne rupice, kao prikazano na slici 3. Prikaži.Kao što je prikazano na slikama 11a i b, istovremeno se pojavljuju malene nestabilne korozije.Kako temperatura raste, povećava se aktivnost korozivnih jona u otopini na sloju filma, a dubina sitnih nestabilnih jamica se povećava sve dok filmski sloj potpuno ne probije prozirni, kao što je prikazano na slici 11c.Daljnjim povećanjem temperature medija za otapanje, sadržaj otopljenog CO2 u otopini se ubrzava, što dovodi do smanjenja pH vrijednosti otopine, povećanja gustine najmanjih nestabilnih korozijskih jama na površini SPP-a. , dubina početnih jama korozije se širi i produbljuje, a pasivizirajući film na površini uzorka Kako se debljina smanjuje, pasivizirajući film postaje skloniji pittingu kao što je prikazano na slici 11d.A elektrohemijski rezultati dodatno su potvrdili da promjena temperature ima određeni utjecaj na integritet i gustoću filma.Dakle, može se vidjeti da se korozija u otopinama zasićenim CO2 koji sadrže visoke koncentracije Cl- značajno razlikuje od korozije u otopinama koje sadrže niske koncentracije Cl-67,68.
Proces korozije 2205 DSS sa formiranjem i uništavanjem novog filma.(a) Proces 1, (b) Proces 2, (c) Proces 3, (d) Proces 4.
Prosječna kritična temperatura pittinga od 2205 DSS u simuliranoj otopini koja sadrži 100 g/l Cl– i zasićeni CO2 je 66,9 ℃, a maksimalna dubina pitinga je 12,9 µm, što smanjuje otpornost na koroziju 2205 DSS i povećava osjetljivost na piting.povećanje temperature.
Vrijeme objave: Feb-16-2023