Terima kasih kerana melawat Nature.com.Anda menggunakan versi penyemak imbas dengan sokongan CSS terhad.Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan agar anda menggunakan penyemak imbas yang dikemas kini (atau lumpuhkan Mod Keserasian dalam Internet Explorer).Di samping itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami menunjukkan tapak tanpa gaya dan JavaScript.
Memaparkan karusel tiga slaid serentak.Gunakan butang Sebelum dan Seterusnya untuk bergerak melalui tiga slaid pada satu masa, atau gunakan butang gelangsar pada penghujung untuk bergerak melalui tiga slaid pada satu masa.
Keluli tahan karat dupleks 2205 (DSS) mempunyai rintangan kakisan yang baik kerana struktur dupleks tipikalnya, tetapi persekitaran minyak dan gas yang mengandungi CO2 yang semakin keras mengakibatkan pelbagai tahap kakisan, terutamanya pitting, yang mengancam keselamatan dan kebolehpercayaan minyak dan semula jadi secara serius. aplikasi gas.pembangunan gas.Dalam kerja ini, ujian rendaman dan ujian elektrokimia digunakan dalam kombinasi dengan mikroskop laser confocal dan spektroskopi fotoelektron sinar-X.Keputusan menunjukkan bahawa purata suhu kritikal untuk pitting 2205 DSS ialah 66.9 °C.Apabila suhu lebih tinggi daripada 66.9 ℃, potensi pecahan pitting, selang pempasifan dan potensi kakisan diri dikurangkan, ketumpatan arus pempasifan saiz meningkat, dan sensitiviti pitting meningkat.Dengan peningkatan selanjutnya dalam suhu, jejari arka kapasitif 2205 DSS berkurangan, rintangan permukaan dan rintangan pemindahan cas secara beransur-ansur berkurangan, dan ketumpatan pembawa penderma dan penerima dalam lapisan filem produk dengan ciri n + p-bipolar juga meningkat, kandungan Cr oksida dalam lapisan dalam filem berkurangan, meningkatkan kandungan Fe oksida di lapisan luar, pelarutan lapisan filem meningkat, kestabilan berkurangan, bilangan lubang dan saiz liang bertambah.
Dalam konteks pembangunan ekonomi dan sosial yang pesat dan kemajuan sosial, permintaan terhadap sumber minyak dan gas terus berkembang, memaksa pembangunan minyak dan gas beralih secara beransur-ansur ke kawasan barat daya dan luar pesisir dengan keadaan dan persekitaran yang lebih teruk, jadi keadaan operasi tiub lubang bawah menjadi semakin teruk..Kemerosotan 1,2,3.Dalam bidang penerokaan minyak dan gas, apabila peningkatan CO2 4 dan kandungan kemasinan dan klorin 5, 6 dalam cecair yang dihasilkan, paip keluli karbon biasa 7 tertakluk kepada kakisan yang serius, walaupun perencat kakisan dipam ke dalam rentetan paip, kakisan tidak boleh ditekan dengan berkesan keluli tidak lagi dapat memenuhi keperluan operasi jangka panjang dalam persekitaran CO28,9,10 menghakis yang keras.Para penyelidik beralih kepada keluli tahan karat dupleks (DSS) dengan rintangan kakisan yang lebih baik.2205 DSS, kandungan ferit dan austenit dalam keluli adalah kira-kira 50%, mempunyai sifat mekanikal yang sangat baik dan rintangan kakisan, filem pempasifan permukaan adalah padat, mempunyai rintangan kakisan seragam yang sangat baik, harganya lebih rendah daripada aloi berasaskan nikel 11 , 12. Oleh itu, 2205 DSS lazimnya digunakan sebagai bejana tekanan dalam persekitaran yang menghakis, selongsong telaga minyak dalam persekitaran CO2 yang menghakis, penyejuk air untuk sistem pemeluwapan dalam minyak luar pesisir dan medan kimia 13, 14, 15, tetapi 2205 DSS juga boleh mempunyai penembusan menghakis. dalam perkhidmatan.
Pada masa ini, banyak kajian CO2- dan Cl-pitting corrosion 2205 DSS telah dijalankan di dalam dan luar negara [16,17,18].Ebrahimi19 mendapati bahawa menambahkan garam kalium dikromat ke dalam larutan NaCl boleh menghalang pitting 2205 DSS, dan meningkatkan kepekatan kalium dikromat meningkatkan suhu kritikal 2205 pitting DSS.Walau bagaimanapun, potensi pitting 2205 DSS meningkat disebabkan oleh penambahan kepekatan tertentu NaCl kepada kalium dikromat dan berkurangan dengan peningkatan kepekatan NaCl.Han20 menunjukkan bahawa pada 30 hingga 120°C, struktur filem pasif 2205 DSS ialah campuran lapisan dalam Cr2O3, lapisan luar FeO, dan Cr kaya;apabila suhu meningkat kepada 150 °C, filem pempasifan larut., struktur dalaman berubah kepada Cr2O3 dan Cr(OH)3, dan lapisan luar berubah kepada Fe(II,III) oksida dan Fe(III) hidroksida.Peguet21 mendapati pitting pegun keluli tahan karat S2205 dalam larutan NaCl biasanya berlaku tidak di bawah suhu pitting kritikal (CPT) tetapi dalam julat suhu transformasi (TTI).Thiadi22 membuat kesimpulan bahawa apabila kepekatan NaCl meningkat, rintangan kakisan S2205 DSS berkurangan dengan ketara, dan semakin negatif potensi yang digunakan, semakin teruk rintangan kakisan bahan.
Dalam artikel ini, pengimbasan potensi dinamik, spektroskopi impedans, potensi malar, lengkung Mott-Schottky dan mikroskop elektron optik digunakan untuk mengkaji kesan kemasinan tinggi, kepekatan Cl- tinggi dan suhu ke atas tingkah laku kakisan 2205 DSS.dan spektroskopi fotoelektron, yang menyediakan asas teori untuk operasi selamat 2205 DSS dalam persekitaran minyak dan gas yang mengandungi CO2.
Bahan ujian dipilih daripada keluli terawat larutan 2205 DSS (gred keluli 110ksi), dan komposisi kimia utama ditunjukkan dalam Jadual 1.
Saiz sampel elektrokimia ialah 10 mm × 10 mm × 5 mm, ia dibersihkan dengan aseton untuk mengeluarkan minyak dan etanol mutlak dan dikeringkan.Bahagian belakang kepingan ujian dipateri untuk menyambung panjang wayar kuprum yang sesuai.Selepas mengimpal, gunakan multimeter (VC9801A) untuk memeriksa kekonduksian elektrik bahagian ujian yang dikimpal, dan kemudian tutup permukaan yang tidak berfungsi dengan epoksi.Gunakan kertas pasir air silikon karbida 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# untuk menggilap permukaan kerja pada mesin penggilap dengan agen penggilap 0.25um sehingga kekasaran permukaan Ra≤1.6um, dan akhirnya bersihkan dan masukkan ke dalam termostat .
Stesen kerja elektrokimia Priston (P4000A) dengan sistem tiga elektrod telah digunakan.Elektrod platinum (Pt) dengan luas 1 cm2 berfungsi sebagai elektrod tambahan, DSS 2205 (dengan luas 1 cm2) digunakan sebagai elektrod kerja, dan elektrod rujukan (Ag/AgCl) adalah digunakan.Penyelesaian model yang digunakan dalam ujian telah disediakan mengikut (Jadual 2).Sebelum ujian, larutan N2 ketulenan tinggi (99.99%) diluluskan selama 1 jam, dan kemudian CO2 diluluskan selama 30 minit untuk menyahoksigen larutan., dan CO2 dalam larutan sentiasa dalam keadaan tepu.
Mula-mula, letakkan sampel di dalam tangki yang mengandungi larutan ujian, dan letakkan di dalam tab mandi air bersuhu tetap.Suhu tetapan awal ialah 2°C, dan kenaikan suhu dikawal pada kadar 1°C/min, dan julat suhu dikawal.pada 2-80°C.Celcius.Ujian bermula pada potensi malar (-0.6142 Vs.Ag/AgCl) dan keluk ujian ialah keluk It.Mengikut piawaian ujian suhu pitting kritikal, lengkung It boleh diketahui.Suhu di mana ketumpatan arus meningkat kepada 100 μA/cm2 dipanggil suhu pitting kritikal.Purata suhu kritikal untuk pitting ialah 66.9 °C.Suhu ujian untuk lengkung polarisasi dan spektrum impedans dipilih masing-masing 30°C, 45°C, 60°C dan 75°C, dan ujian diulang tiga kali di bawah keadaan sampel yang sama untuk mengurangkan kemungkinan penyelewengan.
Sampel logam yang terdedah kepada larutan terlebih dahulu terpolarisasi pada potensi katod (-1.3 V) selama 5 minit sebelum menguji keluk polarisasi potensiodinamik untuk menghapuskan filem oksida yang terbentuk pada permukaan kerja sampel, dan kemudian pada potensi litar terbuka sebanyak 1 jam sehingga voltan kakisan tidak akan diwujudkan.Kadar imbasan lengkung polarisasi potensi dinamik ditetapkan kepada 0.333mV/s, dan potensi selang imbasan ditetapkan kepada -0.3~1.2V lwn. OCP.Untuk memastikan ketepatan ujian, keadaan ujian yang sama diulang 3 kali.
Perisian ujian spektrum impedans – Versa Studio.Ujian pertama kali dijalankan pada potensi litar terbuka yang mantap, amplitud voltan gangguan berselang-seli ditetapkan kepada 10 mV, dan kekerapan pengukuran ditetapkan kepada 10-2-105 Hz.data spektrum selepas ujian.
Proses ujian keluk masa semasa: pilih potensi pempasifan yang berbeza mengikut keputusan keluk polarisasi anodik, ukur keluk Ia pada potensi malar, dan muatkan keluk logaritma berganda untuk mengira kecerunan lengkung yang dipasang untuk analisis filem.mekanisme pembentukan filem pasif.
Selepas voltan litar terbuka menjadi stabil, lakukan ujian lengkung Mott-Schottky.Uji potensi julat imbasan 1.0~-1.0V (vS.Ag/AgCl), kadar imbasan 20mV/s, kekerapan ujian ditetapkan kepada 1000Hz, isyarat pengujaan 5mV.
Gunakan spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) (ESCALAB 250Xi, UK) untuk menguji komposisi dan keadaan kimia bagi filem pempasifan permukaan selepas pembentukan filem DSS 2205 dan lakukan pemprosesan padanan puncak data pengukuran menggunakan perisian unggul.dibandingkan dengan pangkalan data spektrum atom dan literatur berkaitan23 dan ditentukur menggunakan C1s (284.8 eV).Morfologi kakisan dan kedalaman lubang pada sampel telah dicirikan menggunakan mikroskop digital optik ultra dalam (Zeiss Smart Zoom5, Jerman).
Sampel telah diuji pada potensi yang sama (-0.6142 V rel. Ag/AgCl) dengan kaedah potensi malar dan lengkung arus kakisan direkodkan mengikut masa.Menurut piawai ujian CPT, ketumpatan arus polarisasi secara beransur-ansur meningkat dengan peningkatan suhu.1 menunjukkan suhu pitting kritikal 2205 DSS dalam larutan simulasi yang mengandungi 100 g/L Cl– dan CO2 tepu.Ia boleh dilihat bahawa pada suhu rendah larutan, ketumpatan arus secara praktikal tidak berubah dengan peningkatan masa ujian.Dan apabila suhu larutan meningkat kepada nilai tertentu, ketumpatan arus meningkat dengan cepat, menunjukkan bahawa kadar pembubaran filem pasif meningkat dengan peningkatan suhu larutan.Apabila suhu larutan pepejal dinaikkan daripada 2°C kepada kira-kira 67°C, ketumpatan arus polarisasi 2205DSS meningkat kepada 100µA/cm2, dan purata suhu pitting kritikal 2205DSS ialah 66.9°C, iaitu kira-kira 16.6°C lebih tinggi daripada 2205DSS.standard 3.5 wt.% NaCl (0.7 V)26.Suhu pitting kritikal bergantung pada potensi yang digunakan pada masa pengukuran: semakin rendah potensi yang digunakan, semakin tinggi suhu pitting kritikal yang diukur.
Pitting lengkung suhu kritikal bagi keluli tahan karat dupleks 2205 dalam larutan simulasi yang mengandungi 100 g/L Cl– dan CO2 tepu.
Pada rajah.2 menunjukkan plot galangan ac bagi 2205 DSS dalam larutan simulasi yang mengandungi 100 g/L Cl- dan CO2 tepu pada pelbagai suhu.Ia boleh dilihat bahawa gambarajah Nyquist bagi 2205DSS pada pelbagai suhu terdiri daripada arka rintangan-kapasiti frekuensi tinggi, frekuensi pertengahan dan frekuensi rendah, dan arka kapasitans rintangan bukan separuh bulatan.Jejari arka kapasitif mencerminkan nilai rintangan filem pasif dan nilai rintangan pemindahan cas semasa tindak balas elektrod.Adalah diterima umum bahawa lebih besar jejari arka kapasitif, lebih baik rintangan kakisan substrat logam dalam larutan27.Pada suhu larutan 30 °C, jejari arka kapasitif pada rajah Nyquist dan sudut fasa pada rajah modulus galangan |Z|Bode adalah yang tertinggi dan kakisan 2205 DSS adalah yang paling rendah.Apabila suhu larutan meningkat, |Z|modulus impedans, jejari arka dan rintangan larutan berkurangan, di samping itu, sudut fasa juga berkurangan daripada 79 Ω kepada 58 Ω di kawasan frekuensi pertengahan, menunjukkan puncak yang luas dan lapisan dalam yang padat dan lapisan luar yang jarang (berliang) adalah yang utama. ciri-ciri filem pasif yang tidak homogen28.Oleh itu, apabila suhu meningkat, filem pasif yang terbentuk pada permukaan substrat logam larut dan retak, yang melemahkan sifat perlindungan substrat dan merosot rintangan kakisan bahan29.
Menggunakan perisian ZSimDeme untuk memuatkan data spektrum impedans, litar setara yang dipasang ditunjukkan dalam Rajah 330, di mana Rs ialah rintangan penyelesaian simulasi, Q1 ialah kapasitans filem, Rf ialah rintangan filem pasif yang dijana, Q2 ialah dua kali ganda. kapasitans lapisan, dan Rct ialah rintangan pemindahan caj.Daripada hasil suaian dalam jadual.3 menunjukkan bahawa apabila suhu larutan simulasi meningkat, nilai n1 berkurangan daripada 0.841 kepada 0.769, yang menunjukkan peningkatan dalam jurang antara kapasitor dua lapisan dan penurunan ketumpatan.Rintangan pemindahan cas Rct secara beransur-ansur menurun daripada 2.958×1014 kepada 2.541×103 Ω cm2, yang menunjukkan penurunan beransur-ansur dalam rintangan kakisan bahan.Rintangan larutan Rs berkurangan daripada 2.953 kepada 2.469 Ω cm2, dan kemuatan Q2 filem pemasifan menurun daripada 5.430 10-4 kepada 1.147 10-3 Ω cm2, kekonduksian larutan meningkat, kestabilan filem pemasifan berkurangan , dan larutan Cl-, SO42-, dsb.) dalam medium bertambah, yang mempercepatkan pemusnahan filem pasif31.Ini membawa kepada penurunan rintangan filem Rf (dari 4662 kepada 849 Ω cm2) dan penurunan rintangan polarisasi Rp (Rct+Rf) yang terbentuk pada permukaan keluli tahan karat dupleks.
Oleh itu, suhu larutan menjejaskan rintangan kakisan DSS 2205. Pada suhu rendah larutan, proses tindak balas berlaku di antara katod dan anod dengan kehadiran Fe2 +, yang menyumbang kepada pembubaran dan kakisan yang cepat. anod, serta pempasifan filem yang terbentuk di permukaan, Ketumpatan yang lebih lengkap dan lebih tinggi, pemindahan caj rintangan yang lebih besar antara penyelesaian, memperlahankan pembubaran matriks logam dan mempamerkan rintangan kakisan yang lebih baik.Apabila suhu larutan meningkat, rintangan kepada pemindahan cas Rct berkurangan, kadar tindak balas antara ion dalam larutan dipercepatkan, dan kadar resapan ion agresif mempercepatkan, supaya produk kakisan awal terbentuk semula pada permukaan substrat daripada permukaan substrat logam.Filem pasif yang lebih nipis melemahkan sifat pelindung substrat.
Pada rajah.Rajah 4 menunjukkan lengkung polarisasi potensi dinamik 2205 DSS dalam larutan simulasi yang mengandungi 100 g/L Cl– dan CO2 tepu pada pelbagai suhu.Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa apabila potensi berada dalam julat dari -0.4 hingga 0.9 V, lengkung anod pada suhu yang berbeza mempunyai kawasan pempasifan yang jelas, dan potensi kakisan sendiri adalah kira-kira -0.7 hingga -0.5 V. Sebagai ketumpatan meningkatkan arus sehingga 100 μA/cm233 lengkung anod biasanya dipanggil potensi pitting (Eb atau Etra).Apabila suhu meningkat, selang pempasifan berkurangan, potensi kakisan diri berkurangan, ketumpatan arus kakisan cenderung meningkat, dan lengkung polarisasi beralih ke kanan, yang menunjukkan bahawa filem yang dibentuk oleh DSS 2205 dalam larutan simulasi mempunyai aktif. aktiviti.kandungan 100 g/l Cl– dan CO2 tepu, meningkatkan sensitiviti kepada kakisan pitting, mudah rosak oleh ion agresif, yang membawa kepada peningkatan kakisan matriks logam dan penurunan rintangan kakisan.
Ia boleh dilihat daripada Jadual 4 bahawa apabila suhu meningkat dari 30°C kepada 45°C, potensi overpassivation sepadan berkurangan sedikit, tetapi ketumpatan arus passivasi saiz sepadan meningkat dengan ketara, menunjukkan bahawa perlindungan filem pasif di bawah ini keadaan bertambah dengan peningkatan suhu.Apabila suhu mencapai 60°C, potensi pitting sepadan berkurangan dengan ketara, dan trend ini menjadi lebih jelas apabila suhu meningkat.Perlu diingatkan bahawa pada 75°C puncak arus sementara yang ketara muncul dalam rajah, menunjukkan kehadiran kakisan pitting metastabil pada permukaan sampel.
Oleh itu, dengan peningkatan suhu larutan, jumlah oksigen terlarut dalam larutan berkurangan, nilai pH permukaan filem berkurangan, dan kestabilan filem pasif berkurangan.Di samping itu, semakin tinggi suhu larutan, semakin tinggi aktiviti ion agresif dalam larutan dan semakin tinggi kadar kerosakan pada lapisan filem permukaan substrat.Oksida yang terbentuk dalam lapisan filem mudah jatuh dan bertindak balas dengan kation dalam lapisan filem untuk membentuk sebatian larut, meningkatkan kemungkinan pitting.Oleh kerana lapisan filem yang dijana semula agak longgar, kesan perlindungan pada substrat adalah rendah, yang meningkatkan kakisan substrat logam.Keputusan ujian potensi polarisasi dinamik adalah konsisten dengan keputusan spektroskopi impedans.
Pada rajah.Rajah 5a menunjukkan Ia melengkung untuk 2205 DSS dalam larutan model yang mengandungi 100 g/L Cl– dan CO2 tepu.Ketumpatan arus pempasifan sebagai fungsi masa diperolehi selepas polarisasi pada pelbagai suhu selama 1 jam pada potensi -300 mV (berbanding dengan Ag/AgCl).Ia boleh dilihat bahawa aliran ketumpatan arus pempasifan 2205 DSS pada potensi yang sama dan suhu yang berbeza pada asasnya adalah sama, dan aliran secara beransur-ansur berkurangan dengan masa dan cenderung lancar.Apabila suhu secara beransur-ansur meningkat, ketumpatan arus pempasifan 2205 DSS meningkat, yang konsisten dengan keputusan polarisasi, yang juga menunjukkan bahawa ciri-ciri perlindungan lapisan filem pada substrat logam menurun dengan peningkatan suhu larutan.
Lengkung polarisasi potensiostatik 2205 DSS pada potensi pembentukan filem yang sama dan suhu yang berbeza.(a) Ketumpatan semasa lawan masa, (b) Logaritma pertumbuhan filem pasif.
Menyiasat hubungan antara ketumpatan arus pasif dan masa pada suhu yang berbeza untuk potensi pembentukan filem yang sama, seperti yang ditunjukkan dalam (1)34:
Di mana i ialah ketumpatan arus pempasifan pada potensi pembentukan filem, A/cm2.A ialah luas elektrod kerja, cm2.K ialah kecerunan lengkung yang dipasang padanya.masa t, s
Pada rajah.5b menunjukkan lengkung logI dan logt untuk 2205 DSS pada suhu berbeza pada potensi pembentukan filem yang sama.Menurut data literatur,35 apabila garisan cerun K = -1, lapisan filem yang terbentuk pada permukaan substrat adalah lebih tumpat dan mempunyai rintangan kakisan yang lebih baik kepada substrat logam.Dan apabila garis lurus cerun K = -0.5, lapisan filem yang terbentuk di permukaan adalah longgar, mengandungi banyak lubang kecil dan mempunyai rintangan kakisan yang lemah kepada substrat logam.Dapat dilihat pada suhu 30°C, 45°C, 60°C, dan 75°C, struktur lapisan filem berubah daripada liang tumpat kepada liang longgar mengikut cerun linear yang dipilih.Menurut Model Kecacatan Titik (PDM)36,37 dapat dilihat bahawa potensi yang digunakan semasa ujian tidak menjejaskan ketumpatan arus, menunjukkan bahawa suhu secara langsung mempengaruhi pengukuran ketumpatan arus anod semasa ujian, jadi arus meningkat dengan peningkatan suhu.penyelesaian, dan ketumpatan 2205 DSS meningkat, dan rintangan kakisan berkurangan.
Sifat semikonduktor lapisan filem nipis yang terbentuk pada DSS mempengaruhi rintangan kakisannya38, jenis semikonduktor dan ketumpatan pembawa lapisan filem nipis mempengaruhi keretakan dan pitting lapisan filem nipis DSS39,40 di mana kemuatan C dan E lapisan filem nipis berpotensi memenuhi hubungan MS, cas ruang semikonduktor dikira dengan cara berikut:
Dalam formula, ε ialah kebolehtelapan filem pasif pada suhu bilik, bersamaan dengan 1230, ε0 ialah kebolehtelapan vakum, bersamaan dengan 8.85 × 10–14 F/cm, E ialah cas sekunder (1.602 × 10–19 C) ;ND ialah ketumpatan penderma semikonduktor jenis n, cm–3, NA ialah ketumpatan penerima semikonduktor jenis p, cm–3, EFB ialah potensi jalur rata, V, K ialah pemalar Boltzmann, 1.38 × 10–3 .23 J/K, T – suhu, K.
Cerun dan pintasan garisan yang dipasang boleh dikira dengan memasang pemisahan linear pada lengkung MS yang diukur, kepekatan gunaan (ND), kepekatan diterima (NA), dan potensi jalur rata (Efb)42.
Pada rajah.6 menunjukkan lengkung Mott-Schottky bagi lapisan permukaan filem 2205 DSS yang terbentuk dalam larutan simulasi yang mengandungi 100 g/l Cl- dan tepu dengan CO2 pada potensi (-300 mV) selama 1 jam.Dapat dilihat bahawa semua lapisan filem nipis yang terbentuk pada suhu yang berbeza mempunyai ciri-ciri semikonduktor bipolar jenis n+p.Semikonduktor jenis-n mempunyai selektiviti anion larutan, yang boleh menghalang kation keluli tahan karat daripada meresap ke dalam larutan melalui filem pempasifan, manakala semikonduktor jenis-p mempunyai selektiviti kation, yang boleh menghalang anion menghakis dalam larutan daripada lintasan pempasifan. keluar pada permukaan substrat 26 .Ia juga boleh dilihat bahawa terdapat peralihan yang lancar antara dua lengkung pemasangan, filem berada dalam keadaan jalur rata, dan potensi jalur rata Efb boleh digunakan untuk menentukan kedudukan jalur tenaga semikonduktor dan menilai elektrokimianya. kestabilan43..
Mengikut keputusan pemasangan lengkung MC yang ditunjukkan dalam Jadual 5, kepekatan keluar (ND) dan kepekatan penerimaan (NA) dan potensi jalur rata Efb 44 pada susunan magnitud yang sama telah dikira.Ketumpatan arus pembawa yang digunakan terutamanya mencirikan kecacatan titik dalam lapisan cas ruang dan potensi pitting filem pasif.Lebih tinggi kepekatan pembawa yang digunakan, lebih mudah lapisan filem pecah dan lebih tinggi kebarangkalian hakisan substrat45.Di samping itu, dengan peningkatan beransur-ansur dalam suhu larutan, kepekatan pemancar ND dalam lapisan filem meningkat daripada 5.273×1020 cm-3 kepada 1.772×1022 cm-3, dan kepekatan perumah NA meningkat daripada 4.972×1021 kepada 4.592 ×1023.cm – seperti yang ditunjukkan dalam rajah.3, potensi jalur rata meningkat daripada 0.021 V kepada 0.753 V, bilangan pembawa dalam larutan meningkat, tindak balas antara ion dalam larutan bertambah kuat, dan kestabilan lapisan filem berkurangan.Apabila suhu larutan meningkat, semakin kecil nilai mutlak cerun garis penghampiran, semakin besar ketumpatan pembawa dalam larutan, semakin tinggi kadar resapan antara ion, dan semakin besar bilangan kekosongan ion pada permukaan lapisan filem., dengan itu mengurangkan substrat logam, kestabilan dan rintangan kakisan 46,47.
Komposisi kimia filem mempunyai kesan yang ketara terhadap kestabilan kation logam dan prestasi semikonduktor, dan perubahan suhu mempunyai kesan penting ke atas pembentukan filem keluli tahan karat.Pada rajah.Rajah 7 menunjukkan spektrum XPS penuh lapisan permukaan filem 2205 DSS dalam larutan simulasi yang mengandungi 100 g/L Cl– dan CO2 tepu.Unsur-unsur utama dalam filem yang dibentuk oleh cip pada suhu yang berbeza pada asasnya adalah sama, dan komponen utama filem adalah Fe, Cr, Ni, Mo, O, N, dan C. Oleh itu, komponen utama lapisan filem ialah Fe. , Cr, Ni, Mo, O, N dan C. Bekas dengan oksida Cr, oksida Fe dan hidroksida dan sejumlah kecil oksida Ni dan Mo.
Spektrum XPS 2205 DSS penuh diambil pada pelbagai suhu.(a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C.
Komposisi utama filem adalah berkaitan dengan sifat termodinamik sebatian dalam filem pasif.Mengikut tenaga pengikat unsur-unsur utama dalam lapisan filem, diberikan dalam jadual.6, dapat dilihat bahawa puncak spektrum ciri Cr2p3/2 dibahagikan kepada logam Cr0 (573.7 ± 0.2 eV), Cr2O3 (574.5 ± 0.3 eV), dan Cr(OH)3 ( 575.4 ± 0. 1 eV) sebagai ditunjukkan dalam Rajah 8a, di mana oksida yang dibentuk oleh unsur Cr adalah komponen utama dalam filem, yang memainkan peranan penting dalam rintangan kakisan filem dan prestasi elektrokimianya.Keamatan puncak relatif Cr2O3 dalam lapisan filem adalah lebih tinggi daripada Cr(OH)3.Walau bagaimanapun, apabila suhu larutan pepejal meningkat, puncak relatif Cr2O3 semakin lemah, manakala puncak relatif Cr(OH)3 meningkat secara beransur-ansur, yang menunjukkan perubahan jelas Cr3+ utama dalam lapisan filem daripada Cr2O3 kepada Cr(OH) 3, dan suhu larutan meningkat.
Tenaga pengikatan puncak spektrum ciri Fe2p3/2 terutamanya terdiri daripada empat puncak keadaan logam Fe0 (706.4 ± 0.2 eV), Fe3O4 (707.5 ± 0.2 eV), FeO (709.5 ± 0.1 eV ) dan FeOOH (713.1). eV) ± 0.3 eV), seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8b, Fe terdapat terutamanya dalam filem yang terbentuk dalam bentuk Fe2+ dan Fe3+.Fe2+ daripada FeO mendominasi Fe(II) pada puncak tenaga pengikat yang lebih rendah, manakala sebatian Fe3O4 dan Fe(III) FeOOH mendominasi pada puncak tenaga pengikat yang lebih tinggi48,49.Keamatan relatif puncak Fe3+ adalah lebih tinggi daripada Fe2+, tetapi keamatan relatif puncak Fe3+ berkurangan dengan peningkatan suhu larutan, dan keamatan relatif puncak Fe2+ meningkat, menunjukkan perubahan dalam bahan utama dalam lapisan filem daripada Fe3+ kepada Fe2+ untuk meningkatkan suhu larutan.
Puncak spektrum ciri Mo3d5/2 terutamanya terdiri daripada dua kedudukan puncak Mo3d5/2 dan Mo3d3/243.50, manakala Mo3d5/2 termasuk Mo metalik (227.5 ± 0.3 eV), Mo4+ (228.9 ± 0.2 eV) dan Mo6+ ( 209.4 eV) ), manakala Mo3d3/2 juga mengandungi logam Mo (230.4 ± 0.1 eV), Mo4+ (231.5 ± 0.2 eV) dan Mo6+ (232, 8 ± 0.1 eV) seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8c, jadi unsur Mo wujud dalam lebih tiga valens keadaan lapisan filem.Tenaga pengikat bagi puncak spektrum ciri Ni2p3/2 terdiri daripada Ni0 (852.4 ± 0.2 eV) dan NiO (854.1 ± 0.2 eV), seperti ditunjukkan dalam Rajah 8g masing-masing.Ciri puncak N1s terdiri daripada N (399.6 ± 0.3 eV), seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8d.Puncak O1 ciri termasuk O2- (529.7 ± 0.2 eV), OH- (531.2 ± 0.2 eV) dan H2O (531.8 ± 0.3 eV), seperti yang ditunjukkan dalam Rajah. Komponen utama lapisan filem ialah (OH- dan O2 -) , yang digunakan terutamanya untuk pengoksidaan atau pengoksidaan hidrogen Cr dan Fe dalam lapisan filem.Keamatan puncak relatif OH- meningkat dengan ketara apabila suhu meningkat daripada 30°C kepada 75°C.Oleh itu, dengan peningkatan suhu, komposisi bahan utama O2- dalam lapisan filem berubah daripada O2- kepada OH- dan O2-.
Pada rajah.Rajah 9 menunjukkan morfologi permukaan mikroskopik sampel 2205 DSS selepas polarisasi potensi dinamik dalam larutan model yang mengandungi 100 g/L Cl– dan CO2 tepu.Ia boleh dilihat bahawa pada permukaan sampel terpolarisasi pada suhu yang berbeza, terdapat lubang kakisan dengan darjah yang berbeza-beza, ini berlaku dalam larutan ion agresif, dan dengan peningkatan suhu larutan, kakisan yang lebih serius berlaku pada permukaan sampel.substrat.Bilangan lubang lubang per unit luas dan kedalaman pusat kakisan meningkat.
Lengkung kakisan 2205 DSS dalam larutan model yang mengandungi 100 g/l Cl– dan CO2 tepu pada suhu berbeza (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c .
Oleh itu, peningkatan suhu akan meningkatkan aktiviti setiap komponen DSS, serta meningkatkan aktiviti ion agresif dalam persekitaran yang agresif, menyebabkan tahap kerosakan tertentu pada permukaan sampel, yang akan meningkatkan aktiviti pitting., dan pembentukan lubang kakisan akan meningkat.Kadar pembentukan produk akan meningkat dan rintangan kakisan bahan akan berkurang51,52,53,54,55.
Pada rajah.10 menunjukkan morfologi dan kedalaman pitting bagi sampel 2205 DSS terpolarisasi dengan mikroskop digital optik medan ultra tinggi.Daripada rajah.10a menunjukkan bahawa lubang kakisan yang lebih kecil juga muncul di sekeliling lubang besar, menunjukkan bahawa filem pasif pada permukaan sampel telah dimusnahkan sebahagiannya dengan pembentukan lubang kakisan pada ketumpatan arus tertentu, dan kedalaman lubang maksimum ialah 12.9 µm.seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 10b.
DSS menunjukkan rintangan kakisan yang lebih baik, sebab utama ialah filem yang terbentuk pada permukaan keluli dilindungi dengan baik dalam larutan, Mott-Schottky, menurut keputusan XPS di atas dan kesusasteraan yang berkaitan 13,56,57,58, filem itu terutamanya melalui yang berikut Ini adalah proses pengoksidaan Fe dan Cr.
Fe2+ mudah larut dan mendakan pada antara muka 53 antara filem dan larutan, dan proses tindak balas katodik adalah seperti berikut:
Dalam keadaan berkarat, filem struktur dua lapisan terbentuk, yang terutamanya terdiri daripada lapisan dalaman besi dan kromium oksida dan lapisan hidroksida luar, dan ion biasanya tumbuh di dalam liang filem.Komposisi kimia filem pasif berkaitan dengan sifat semikonduktornya, seperti yang dibuktikan oleh lengkung Mott-Schottky, menunjukkan bahawa komposisi filem pasif adalah jenis n+p dan mempunyai ciri bipolar.Keputusan XPS menunjukkan bahawa lapisan luar filem pasif terutamanya terdiri daripada oksida Fe dan hidroksida yang mempamerkan sifat semikonduktor jenis-n, dan lapisan dalam terutamanya terdiri daripada oksida Cr dan hidroksida yang mempamerkan sifat semikonduktor jenis-p.
2205 DSS mempunyai kerintangan yang tinggi kerana kandungan Cr17.54 yang tinggi dan mempamerkan pelbagai darjah pitting disebabkan oleh kakisan galvanik mikroskopik55 antara struktur dupleks.Kakisan pitting adalah salah satu jenis kakisan yang paling biasa dalam DSS, dan suhu adalah salah satu faktor penting yang mempengaruhi kelakuan kakisan pitting dan mempunyai kesan ke atas proses termodinamik dan kinetik tindak balas DSS60,61.Biasanya, dalam larutan simulasi dengan kepekatan tinggi Cl– dan CO2 tepu, suhu juga mempengaruhi pembentukan pitting dan permulaan retakan semasa retakan kakisan tegasan di bawah retakan kakisan tegasan, dan suhu kritikal pitting ditentukan untuk menilai. rintangan kakisan.DSS.Bahan, yang mencerminkan kepekaan matriks logam kepada suhu, biasanya digunakan sebagai rujukan penting dalam pemilihan bahan dalam aplikasi kejuruteraan.Purata suhu pitting kritikal 2205 DSS dalam larutan simulasi ialah 66.9°C, iaitu 25.6°C lebih tinggi daripada keluli tahan karat Super 13Cr dengan 3.5% NaCl, tetapi kedalaman pitting maksimum mencapai 12.9 µm62.Keputusan elektrokimia selanjutnya mengesahkan bahawa kawasan mendatar sudut fasa dan kekerapan menyempit dengan peningkatan suhu, dan apabila sudut fasa berkurangan daripada 79° kepada 58°, nilai |Z|berkurangan daripada 1.26×104 kepada 1.58×103 Ω cm2.rintangan pemindahan cas Rct menurun daripada 2.958 1014 kepada 2.541 103 Ω cm2, rintangan penyelesaian Rs menurun daripada 2.953 kepada 2.469 Ω cm2, rintangan filem Rf menurun daripada 5.430 10-4 cm2 kepada 1.147 10-3 cm2.Kekonduksian larutan agresif meningkat, kestabilan lapisan filem matriks logam berkurangan, ia larut dan mudah retak.Ketumpatan arus kakisan sendiri meningkat daripada 1.482 kepada 2.893×10-6 A cm-2, dan potensi kakisan diri menurun daripada -0.532 kepada -0.621V.Ia boleh dilihat bahawa perubahan suhu menjejaskan integriti dan ketumpatan lapisan filem.
Sebaliknya, kepekatan tinggi Cl- dan larutan tepu CO2 secara beransur-ansur meningkatkan kapasiti penjerapan Cl- pada permukaan filem pasif dengan peningkatan suhu, kestabilan filem pempasifan menjadi tidak stabil, dan kesan perlindungan pada substrat menjadi lebih lemah dan kerentanan terhadap pitting meningkat.Dalam kes ini, aktiviti ion menghakis dalam larutan meningkat, kandungan oksigen berkurangan, dan filem permukaan bahan terhakis sukar untuk pulih dengan cepat, yang mewujudkan keadaan yang lebih baik untuk penjerapan selanjutnya ion menghakis di permukaan.Pengurangan bahan63.Robinson et al.[64] menunjukkan bahawa dengan peningkatan suhu larutan, kadar pertumbuhan pit dipercepatkan, dan kadar resapan ion dalam larutan juga meningkat.Apabila suhu meningkat kepada 65 °C, pelarutan oksigen dalam larutan yang mengandungi ion Cl- melambatkan proses tindak balas katodik, kadar pitting dikurangkan.Han20 menyiasat kesan suhu ke atas kelakuan kakisan keluli tahan karat dupleks 2205 dalam persekitaran CO2.Keputusan menunjukkan bahawa peningkatan suhu meningkatkan jumlah produk kakisan dan kawasan rongga pengecutan pada permukaan bahan.Begitu juga, apabila suhu meningkat kepada 150°C, filem oksida pada permukaan pecah, dan ketumpatan kawah adalah yang paling tinggi.Lu4 menyiasat kesan suhu ke atas kelakuan kakisan keluli tahan karat dupleks 2205 daripada pempasifan kepada pengaktifan dalam persekitaran geoterma yang mengandungi CO2.Keputusan mereka menunjukkan bahawa pada suhu ujian di bawah 150 °C, filem yang terbentuk mempunyai ciri struktur amorf, dan antara muka dalaman mengandungi lapisan kaya nikel, dan pada suhu 300 °C, produk kakisan yang terhasil mempunyai struktur skala nano. .-polikristalin FeCr2O4, CrOOH dan NiFe2O4.
Pada rajah.11 ialah gambar rajah proses kakisan dan pembentukan filem 2205 DSS.Sebelum digunakan, 2205 DSS membentuk filem pasif di atmosfera.Selepas direndam dalam persekitaran yang menyerupai larutan yang mengandungi larutan dengan kandungan Cl- dan CO2 yang tinggi, permukaannya dengan cepat dikelilingi oleh pelbagai ion agresif (Cl-, CO32-, dsb.).).J. Banas 65 membuat kesimpulan bahawa dalam persekitaran di mana CO2 hadir secara serentak, kestabilan filem pasif pada permukaan bahan akan berkurangan dengan masa, dan asid karbonik yang terbentuk cenderung untuk meningkatkan kekonduksian ion dalam pasif. lapisan.filem dan pecutan pelarutan ion dalam filem pasif.filem pasif.Oleh itu, lapisan filem pada permukaan sampel berada dalam tahap keseimbangan dinamik pelarutan dan pasif semula66, Cl- mengurangkan kadar pembentukan lapisan filem permukaan, dan lubang pitting kecil muncul di kawasan bersebelahan permukaan filem, sebagai ditunjukkan dalam Rajah 3. Tunjukkan.Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 11a dan b, lubang kakisan kecil yang tidak stabil muncul pada masa yang sama.Apabila suhu meningkat, aktiviti ion mengakis dalam larutan pada lapisan filem meningkat, dan kedalaman lubang kecil yang tidak stabil meningkat sehingga lapisan filem ditembusi sepenuhnya oleh lapisan lutsinar, seperti ditunjukkan dalam Rajah 11c.Dengan peningkatan selanjutnya dalam suhu medium pelarut, kandungan CO2 terlarut dalam larutan mempercepatkan, yang membawa kepada penurunan nilai pH larutan, peningkatan ketumpatan lubang kakisan tidak stabil terkecil pada permukaan SPP , kedalaman lubang kakisan awal mengembang dan mendalam, dan filem pasif pada permukaan sampel Apabila ketebalan berkurangan, filem pasif menjadi lebih terdedah kepada pitting seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 11d.Dan keputusan elektrokimia juga mengesahkan bahawa perubahan suhu mempunyai kesan tertentu pada integriti dan ketumpatan filem.Oleh itu, dapat dilihat bahawa kakisan dalam larutan tepu dengan CO2 yang mengandungi kepekatan tinggi Cl- adalah berbeza secara signifikan daripada kakisan dalam larutan yang mengandungi kepekatan rendah Cl-67,68.
Proses kakisan 2205 DSS dengan pembentukan dan pemusnahan filem baru.(a) Proses 1, (b) Proses 2, (c) Proses 3, (d) Proses 4.
Purata suhu pitting kritikal 2205 DSS dalam larutan simulasi yang mengandungi 100 g/l Cl– dan CO2 tepu ialah 66.9 ℃, dan kedalaman pitting maksimum ialah 12.9 µm, yang mengurangkan rintangan kakisan 2205 DSS dan meningkatkan sensitiviti kepada pitting .peningkatan suhu.
Masa siaran: Feb-16-2023