Gràcies per visitar Nature.com.Esteu utilitzant una versió del navegador amb suport CSS limitat.Per obtenir la millor experiència, us recomanem que utilitzeu un navegador actualitzat (o desactiveu el mode de compatibilitat a Internet Explorer).A més, per garantir un suport permanent, mostrem el lloc sense estils ni JavaScript.
Mostra un carrusel de tres diapositives alhora.Utilitzeu els botons Anterior i Següent per moure's per tres diapositives alhora, o utilitzeu els botons lliscants al final per moure's per tres diapositives alhora.
L'acer inoxidable dúplex 2205 (DSS) té una bona resistència a la corrosió a causa de la seva estructura dúplex típica, però l'entorn de petroli i gas que conté CO2 cada cop més dur provoca diferents graus de corrosió, especialment picats, que amenaça seriosament la seguretat i la fiabilitat del petroli i els productes naturals. aplicacions de gas.desenvolupament de gas.En aquest treball, s'utilitza una prova d'immersió i una prova electroquímica en combinació amb la microscòpia confocal làser i l'espectroscòpia de fotoelectrons de raigs X.Els resultats van mostrar que la temperatura crítica mitjana per al pitting 2205 DSS era de 66,9 °C.Quan la temperatura és superior a 66, 9 ℃, es redueixen el potencial de ruptura de la picadura, l'interval de passivació i el potencial d'auto-corrosió, augmenta la densitat de corrent de passivació de mida i augmenta la sensibilitat de la picadura.Amb un augment addicional de la temperatura, el radi de l'arc capacitiu 2205 DSS disminueix, la resistència superficial i la resistència a la transferència de càrrega disminueixen gradualment i la densitat dels portadors donants i acceptors a la capa de pel·lícula del producte amb característiques n + p-bipolars també augmenta, el contingut d'òxids de Cr a la capa interna de la pel·lícula disminueix, augmenta el contingut d'òxids de Fe a la capa exterior, augmenta la dissolució de la capa de pel·lícula, disminueix l'estabilitat, augmenta el nombre de fosses i la mida dels porus.
En el context del ràpid desenvolupament econòmic i social i el progrés social, la demanda de recursos de petroli i gas continua creixent, forçant el desenvolupament de petroli i gas a desplaçar-se gradualment cap a les zones del sud-oest i offshore amb condicions i medi ambient més greus, de manera que les condicions operatives de els tubs de fons es tornen cada cop més greus..Deteriorament 1,2,3.En el camp de l'exploració de petroli i gas, quan l'augment del CO2 4 i la salinitat i el contingut de clor 5, 6 en el fluid produït, la canonada d'acer al carboni normal de 7 està subjecta a una corrosió greu, fins i tot si els inhibidors de la corrosió es bombegen a la cadena de canonades, la corrosió no es pot suprimir eficaçment. L'acer ja no pot complir els requisits d'operació a llarg termini en entorns corrosius de CO28,9,10 durs.Els investigadors van recórrer als acers inoxidables dúplex (DSS) amb millor resistència a la corrosió.2205 DSS, el contingut de ferrita i austenita a l'acer és d'aproximadament el 50%, té excel·lents propietats mecàniques i resistència a la corrosió, la pel·lícula de passivació superficial és densa, té una excel·lent resistència a la corrosió uniforme, el preu és inferior al dels aliatges a base de níquel 11 , 12. Per tant, 2205 DSS s'utilitza habitualment com a recipient a pressió en entorns corrosius, carcassa de pou de petroli en entorns corrosius de CO2, refrigerador d'aigua per a sistema de condensació en camps de petroli i químics en alta mar 13, 14, 15, però 2205 DSS també pot tenir perforacions corrosives. en servei.
En l'actualitat, s'han dut a terme molts estudis de corrosió 2205 DSS per CO2 i Cl al país i a l'estranger [16,17,18].Ebrahimi19 va trobar que afegir una sal de dicromat de potassi a una solució de NaCl pot inhibir la picadura de 2205 DSS, i augmentar la concentració de dicromat de potassi augmenta la temperatura crítica de la picadura de 2205 DSS.Tanmateix, el potencial de pitting de 2205 DSS augmenta a causa de l'addició d'una certa concentració de NaCl al dicromat de potassi i disminueix amb l'augment de la concentració de NaCl.Han20 mostra que entre 30 i 120 °C, l'estructura de la pel·lícula passivadora 2205 DSS és una barreja de capa interna de Cr2O3, capa exterior de FeO i Cr ric;quan la temperatura puja a 150 °C, la pel·lícula de passivació es dissol., l'estructura interna canvia a Cr2O3 i Cr(OH)3, i la capa exterior canvia a òxid de Fe(II,III) i hidròxid de Fe(III).Peguet21 va trobar que la picadura estacionària de l'acer inoxidable S2205 en solució de NaCl normalment no es produeix per sota de la temperatura crítica de picadura (CPT), sinó en el rang de temperatura de transformació (TTI).Thiadi22 va concloure que a mesura que augmenta la concentració de NaCl, la resistència a la corrosió de S2205 DSS disminueix significativament i com més negatiu sigui el potencial aplicat, pitjor serà la resistència a la corrosió del material.
En aquest article, es va utilitzar l'exploració de potencial dinàmic, l'espectroscòpia d'impedància, el potencial constant, la corba de Mott-Schottky i la microscòpia electrònica òptica per estudiar l'efecte de l'alta salinitat, l'alta concentració de Cl– i la temperatura sobre el comportament de corrosió de 2205 DSS.i l'espectroscòpia fotoelectrònica, que proporciona la base teòrica per al funcionament segur del 2205 DSS en entorns de petroli i gas que contenen CO2.
El material de prova es selecciona a partir d'acer tractat amb solució 2205 DSS (grau d'acer 110ksi), i la composició química principal es mostra a la taula 1.
La mida de la mostra electroquímica és de 10 mm × 10 mm × 5 mm, es neteja amb acetona per eliminar l'oli i l'etanol absolut i s'asseca.La part posterior de la peça de prova està soldada per connectar la longitud adequada de cable de coure.Després de soldar, utilitzeu un multímetre (VC9801A) per comprovar la conductivitat elèctrica de la peça de prova soldada i, a continuació, segellar la superfície que no treballa amb epoxi.Utilitzeu paper de vidre d'aigua de carbur de silici de 400 #, 600 #, 800 #, 1200 #, 2000 # per polir la superfície de treball a la màquina de polir amb un agent de poliment de 0,25 um fins a la rugositat de la superfície Ra≤1,6 um i, finalment, netejar i posar al termòstat. .
Es va utilitzar una estació de treball electroquímica Priston (P4000A) amb un sistema de tres elèctrodes.Un elèctrode de platí (Pt) amb una àrea d'1 cm2 va servir com a elèctrode auxiliar, un DSS 2205 (amb una àrea d'1 cm2) com a elèctrode de treball i un elèctrode de referència (Ag/AgCl) utilitzat.La solució model utilitzada en la prova es va preparar segons (Taula 2).Abans de la prova, es va passar una solució de N2 d'alta puresa (99,99%) durant 1 h, i després es va passar CO2 durant 30 min per desoxigenar la solució., i el CO2 de la solució estava sempre en estat de saturació.
Primer, col·loqueu la mostra al dipòsit que conté la solució de prova i col·loqueu-la en un bany d'aigua a temperatura constant.La temperatura de configuració inicial és de 2 °C i l'augment de la temperatura es controla a una velocitat d'1 °C/min i el rang de temperatura es controla.a 2-80°C.Celsius.La prova comença a un potencial constant (-0,6142 Vs.Ag/AgCl) i la corba de prova és una corba It.D'acord amb l'estàndard de prova de temperatura crítica de pitting, es pot conèixer la corba It.La temperatura a la qual la densitat de corrent augmenta fins a 100 μA/cm2 s'anomena temperatura crítica de picadura.La temperatura crítica mitjana de picat és de 66,9 °C.Les temperatures de prova per a la corba de polarització i l'espectre d'impedància es van triar per ser de 30 °C, 45 °C, 60 °C i 75 °C, respectivament, i la prova es va repetir tres vegades en les mateixes condicions de mostra per reduir possibles desviacions.
Una mostra metàl·lica exposada a la solució es va polaritzar primer a un potencial de càtode (-1,3 V) durant 5 minuts abans de provar la corba de polarització potenciodinàmica per eliminar la pel·lícula d'òxid formada a la superfície de treball de la mostra, i després a un potencial de circuit obert de 1 h fins que no s'estableixi la tensió de corrosió.La velocitat d'exploració de la corba de polarització del potencial dinàmic es va establir en 0,333 mV/s, i el potencial d'interval d'exploració es va establir en -0,3 ~ 1,2 V vs. OCP.Per garantir la precisió de la prova, es van repetir les mateixes condicions de prova 3 vegades.
Programari de prova d'espectre d'impedància: Versa Studio.La prova es va dur a terme per primera vegada a un potencial de circuit obert constant, l'amplitud de la tensió de pertorbació alterna es va establir en 10 mV i la freqüència de mesura es va establir en 10–2–105 Hz.dades de l'espectre després de la prova.
Procés de prova de la corba de temps actual: seleccioneu diferents potencials de passivació segons els resultats de la corba de polarització anòdica, mesureu la corba It a potencial constant i ajusteu la corba de doble logaritme per calcular el pendent de la corba ajustada per a l'anàlisi de la pel·lícula.el mecanisme de formació de la pel·lícula passiva.
Després que la tensió del circuit obert s'estabilitzi, feu una prova de corba de Mott-Schottky.Interval d'exploració potencial de prova 1,0 ~ -1,0 V (vS.Ag/AgCl), velocitat d'exploració 20 mV/s, freqüència de prova establerta a 1000 Hz, senyal d'excitació 5 mV.
Utilitzeu l'espectroscòpia de fotoelectrons de raigs X (XPS) (ESCALAB 250Xi, Regne Unit) per provar la composició i l'estat químic de la pel·lícula de passivació superficial després de la formació de la pel·lícula 2205 DSS i realitzar un processament d'ajustament màxim de dades de mesura mitjançant un programari superior.comparat amb bases de dades d'espectres atòmics i literatura relacionada23 i calibrat amb C1s (284,8 eV).La morfologia de la corrosió i la profunditat de les fosses de les mostres es van caracteritzar mitjançant un microscopi digital òptic ultra profund (Zeiss Smart Zoom5, Alemanya).
La mostra es va provar al mateix potencial (-0,6142 V rel. Ag/AgCl) pel mètode de potencial constant i es va registrar la corba del corrent de corrosió amb el temps.Segons l'estàndard de prova CPT, la densitat de corrent de polarització augmenta gradualment amb l'augment de la temperatura.La figura 1 mostra la temperatura crítica de picadura de 2205 DSS en una solució simulada que conté 100 g/L de Cl– i CO2 saturat.Es pot veure que a una temperatura baixa de la solució, la densitat de corrent pràcticament no canvia amb l'augment del temps de prova.I quan la temperatura de la solució augmentava fins a un cert valor, la densitat de corrent augmentava ràpidament, cosa que indica que la velocitat de dissolució de la pel·lícula passiva augmentava amb l'augment de la temperatura de la solució.Quan la temperatura de la solució sòlida augmenta de 2 °C a uns 67 °C, la densitat de corrent de polarització de 2205DSS augmenta a 100 µA/cm2, i la temperatura mitjana de picadura crítica de 2205DSS és de 66,9 °C, que és d'uns 16,6 °C. superior al 2205DSS.estàndard 3,5 pes.% NaCl (0,7 V)26.La temperatura de picadura crítica depèn del potencial aplicat en el moment de la mesura: com més baix sigui el potencial aplicat, més alta serà la temperatura de picadura crítica mesurada.
Corba de temperatura crítica de picadura d'acer inoxidable dúplex 2205 en una solució simulada que conté 100 g/L de Cl– i CO2 saturat.
A la fig.La figura 2 mostra els diagrames d'impedància d'ac del 2205 DSS en solucions simulades que contenen 100 g/L de Cl i CO2 saturat a diverses temperatures.Es pot veure que el diagrama de Nyquist del 2205DSS a diverses temperatures consta d'arcs de resistència-capacitat d'alta freqüència, mitjana i baixa freqüència, i els arcs de resistència-capacitat no són semicirculars.El radi de l'arc capacitiu reflecteix el valor de la resistència de la pel·lícula passiva i el valor de la resistència a la transferència de càrrega durant la reacció de l'elèctrode.En general, s'accepta que com més gran sigui el radi de l'arc capacitiu, millor serà la resistència a la corrosió del substrat metàl·lic en solució27.A una temperatura de la solució de 30 °C, el radi de l'arc capacitiu al diagrama de Nyquist i l'angle de fase al diagrama del mòdul d'impedància |Z|Bode és el més alt i la corrosió 2205 DSS és la més baixa.A mesura que augmenta la temperatura de la solució, el |Z|El mòdul d'impedància, el radi de l'arc i la resistència de la solució disminueixen, a més, l'angle de fase també disminueix de 79 Ω a 58 Ω a la regió de freqüència intermèdia, mostrant un pic ample i una capa interior densa i una capa exterior escassa (porosa) són els principals característiques d'una pel·lícula passiva no homogènia28.Per tant, a mesura que augmenta la temperatura, la pel·lícula de passivació formada a la superfície del substrat metàl·lic es dissol i s'esquerda, la qual cosa debilita les propietats protectores del substrat i deteriora la resistència a la corrosió del material29.
Utilitzant el programari ZSimDeme per ajustar les dades de l'espectre d'impedància, el circuit equivalent ajustat es mostra a la figura 330, on Rs és la resistència de la solució simulada, Q1 és la capacitat de la pel·lícula, Rf és la resistència de la pel·lícula passivada generada, Q2 és el doble. la capacitat de la capa i Rct és la resistència a la transferència de càrrega.A partir dels resultats de l'encaix a la taula.La figura 3 mostra que a mesura que augmenta la temperatura de la solució simulada, el valor de n1 disminueix de 0,841 a 0,769, cosa que indica un augment de la bretxa entre els condensadors de dues capes i una disminució de la densitat.La resistència a la transferència de càrrega Rct va disminuir gradualment de 2,958 × 1014 a 2,541 × 103 Ω cm2, la qual cosa indica una disminució gradual de la resistència a la corrosió del material.La resistència de la solució Rs va disminuir de 2,953 a 2,469 Ω cm2 i la capacitat Q2 de la pel·lícula passiva va disminuir de 5,430 10-4 a 1,147 10-3 Ω cm2, la conductivitat de la solució va augmentar, l'estabilitat de la pel·lícula passiva va disminuir , i augmenta la solució Cl-, SO42-, etc.) en el medi, la qual cosa accelera la destrucció de la pel·lícula passiva31.Això comporta una disminució de la resistència de la pel·lícula Rf (de 4662 a 849 Ω cm2) i una disminució de la resistència de polarització Rp (Rct+Rf) formada a la superfície de l'acer inoxidable dúplex.
Per tant, la temperatura de la solució afecta la resistència a la corrosió del DSS 2205. A una temperatura baixa de la solució, es produeix un procés de reacció entre el càtode i l'ànode en presència de Fe2 +, que contribueix a la ràpida dissolució i corrosió de la solució. l'ànode, així com la passivació de la pel·lícula formada a la superfície, la densitat més completa i més alta, la transferència de càrrega de major resistència entre les solucions, alenteix la dissolució de la matriu metàl·lica i presenta una millor resistència a la corrosió.A mesura que augmenta la temperatura de la solució, la resistència a la transferència de càrrega Rct disminueix, la velocitat de reacció entre ions de la solució s'accelera i la velocitat de difusió dels ions agressius s'accelera, de manera que els productes de corrosió inicials es tornen a formar a la superfície de la solució. el substrat de la superfície del substrat metàl·lic.Una pel·lícula passivadora més fina debilita les propietats protectores del substrat.
A la fig.La figura 4 mostra les corbes de polarització potencial dinàmica de 2205 DSS en solucions simulades que contenen 100 g/L de Cl– i CO2 saturat a diverses temperatures.Es pot veure a la figura que quan el potencial està en el rang de -0,4 a 0,9 V, les corbes de l'ànode a diferents temperatures tenen regions de passivació òbvies i el potencial d'auto-corrosió és d'uns -0,7 a -0,5 V. la densitat augmenta el corrent fins a 100 μA/cm233 la corba de l'ànode se sol anomenar potencial de pitting (Eb o Etra).A mesura que augmenta la temperatura, l'interval de passivació disminueix, el potencial d'auto-corrosió disminueix, la densitat de corrent de corrosió tendeix a augmentar i la corba de polarització es desplaça cap avall cap a la dreta, cosa que indica que la pel·lícula formada per DSS 2205 a la solució simulada està activa. activitat.contingut de 100 g/l Cl– i CO2 saturat, augmenta la sensibilitat a la corrosió per picadura, es fa malbé fàcilment per ions agressius, el que condueix a un augment de la corrosió de la matriu metàl·lica i una disminució de la resistència a la corrosió.
Es pot veure a la taula 4 que quan la temperatura augmenta de 30 °C a 45 °C, el potencial de sobrepassivació corresponent disminueix lleugerament, però la densitat de corrent de passivació de la mida corresponent augmenta significativament, cosa que indica que la protecció de la pel·lícula passivadora sota aquestes les condicions augmenten amb l'augment de la temperatura.Quan la temperatura arriba als 60 °C, el potencial de picadura corresponent disminueix significativament, i aquesta tendència es fa més evident a mesura que augmenta la temperatura.Cal tenir en compte que a 75 °C apareix un pic de corrent transitori significatiu a la figura, que indica la presència de corrosió metaestable a la superfície de la mostra.
Per tant, amb un augment de la temperatura de la solució, la quantitat d'oxigen dissolt a la solució disminueix, el valor del pH de la superfície de la pel·lícula disminueix i l'estabilitat de la pel·lícula passiva disminueix.A més, com més alta sigui la temperatura de la solució, més gran serà l'activitat dels ions agressius a la solució i més gran serà la taxa de dany a la capa de pel·lícula superficial del substrat.Els òxids formats a la capa de pel·lícula cauen fàcilment i reaccionen amb els cations de la capa de pel·lícula per formar compostos solubles, augmentant la probabilitat de picar.Com que la capa de pel·lícula regenerada és relativament fluixa, l'efecte protector sobre el substrat és baix, la qual cosa augmenta la corrosió del substrat metàl·lic.Els resultats de la prova de potencial de polarització dinàmica són coherents amb els resultats de l'espectroscòpia d'impedància.
A la fig.La figura 5a mostra la corba d'It per a 2205 DSS en una solució model que conté 100 g/L de Cl– i CO2 saturat.La densitat de corrent de passivació en funció del temps es va obtenir després de la polarització a diverses temperatures durant 1 h a un potencial de -300 mV (en relació amb Ag/AgCl).Es pot veure que la tendència de la densitat de corrent de passivació de 2205 DSS al mateix potencial i diferents temperatures és bàsicament la mateixa, i la tendència disminueix gradualment amb el temps i tendeix a ser suau.A mesura que la temperatura augmentava gradualment, la densitat de corrent de passivació de 2205 DSS va augmentar, cosa que era coherent amb els resultats de la polarització, que també indicava que les característiques protectores de la capa de pel·lícula sobre el substrat metàl·lic disminuïen amb l'augment de la temperatura de la solució.
Corbes de polarització potenciostàtiques de 2205 DSS al mateix potencial de formació de pel·lícules i temperatures diferents.(a) Densitat de corrent en funció del temps, (b) Logaritme de creixement passiu de la pel·lícula.
Investigueu la relació entre la densitat de corrent de passivació i el temps a diferents temperatures per al mateix potencial de formació de pel·lícula, tal com es mostra a (1)34:
On i és la densitat de corrent de passivació al potencial de formació de pel·lícula, A/cm2.A és l'àrea de l'elèctrode de treball, cm2.K és el pendent de la corba ajustada a ella.t temps, s
A la fig.La figura 5b mostra les corbes logI i logt per a 2205 DSS a diferents temperatures amb el mateix potencial de formació de pel·lícula.Segons les dades de la literatura35, quan la línia té un pendent K = -1, la capa de pel·lícula formada a la superfície del substrat és més densa i té una millor resistència a la corrosió del substrat metàl·lic.I quan la línia recta inclina K = -0,5, la capa de pel·lícula formada a la superfície és solta, conté molts forats petits i té poca resistència a la corrosió del substrat metàl·lic.Es pot veure que a 30 °C, 45 °C, 60 °C i 75 °C, l'estructura de la capa de pel·lícula canvia de porus densos a porus solts d'acord amb el pendent lineal seleccionat.Segons el Model de defecte puntual (PDM)36,37 es pot veure que el potencial aplicat durant la prova no afecta la densitat de corrent, cosa que indica que la temperatura afecta directament la mesura de la densitat de corrent de l'ànode durant la prova, de manera que el corrent augmenta amb l'augment de la temperatura.solució, i la densitat de 2205 DSS augmenta i la resistència a la corrosió disminueix.
Les propietats de semiconductor de la capa de pel·lícula prima formada al DSS afecten la seva resistència a la corrosió38, el tipus de semiconductor i la densitat de la portadora de la capa de pel·lícula prima afecten l'esquerdament i el picat de la capa de pel·lícula prima DSS39,40 on la capacitat C i E de la capa de pel·lícula prima potencial compleix la relació MS, la càrrega espacial del semiconductor es calcula de la següent manera:
A la fórmula, ε és la permitivitat de la pel·lícula passiva a temperatura ambient, igual a 1230, ε0 és la permitivitat al buit, igual a 8,85 × 10–14 F/cm, E és la càrrega secundària (1,602 × 10–19 C) ;ND és la densitat dels donants de semiconductors de tipus n, cm–3, NA és la densitat d'acceptació de semiconductors de tipus p, cm–3, EFB és el potencial de banda plana, V, K és la constant de Boltzmann, 1,38 × 10–3 .23 J/K, T - temperatura, K.
El pendent i la intercepció de la línia ajustada es poden calcular ajustant una separació lineal a la corba MS mesurada, la concentració aplicada (ND), la concentració acceptada (NA) i el potencial de banda plana (Efb)42.
A la fig.La figura 6 mostra la corba de Mott-Schottky de la capa superficial d'una pel·lícula 2205 DSS formada en una solució simulada que conté 100 g/l Cl- i saturat amb CO2 a un potencial (-300 mV) durant 1 hora.Es pot veure que totes les capes de pel·lícula prima formades a diferents temperatures tenen les característiques de semiconductors bipolars de tipus n+p.El semiconductor de tipus n té una selectivitat d'anions de solució, que pot evitar que els cations d'acer inoxidable es difonguin a la solució a través de la pel·lícula de passivació, mentre que el semiconductor de tipus p té una selectivitat de cations, que pot evitar que els anions corrosius en solució es produeixin encreuaments de passivació. a la superfície del substrat 26 .També es pot veure que hi ha una transició suau entre les dues corbes d'ajust, la pel·lícula es troba en un estat de banda plana i el potencial de banda plana Efb es pot utilitzar per determinar la posició de la banda d'energia d'un semiconductor i avaluar la seva electroquímica. estabilitat 43..
Segons els resultats d'ajust de la corba MC que es mostren a la taula 5, es van calcular la concentració de sortida (ND) i la concentració de recepció (NA) i el potencial de banda plana Efb 44 del mateix ordre de magnitud.La densitat del corrent portador aplicat caracteritza principalment els defectes puntuals a la capa de càrrega espacial i el potencial de picades de la pel·lícula passiva.Com més gran sigui la concentració del suport aplicat, més fàcil es trenca la capa de pel·lícula i més probabilitat de corrosió del substrat45.A més, amb un augment gradual de la temperatura de la solució, la concentració de l'emissor ND a la capa de pel·lícula va augmentar de 5,273 × 1020 cm-3 a 1,772 × 1022 cm-3, i la concentració d'hoste NA va augmentar de 4,972 × 1021 a 4,592. ×1023.cm - com es mostra a la fig.3, el potencial de banda plana augmenta de 0,021 V a 0,753 V, augmenta el nombre de portadors a la solució, s'intensifica la reacció entre ions de la solució i disminueix l'estabilitat de la capa de pel·lícula.A mesura que augmenta la temperatura de la solució, com més petit és el valor absolut del pendent de la línia aproximada, més gran és la densitat de portadors a la solució, més gran és la velocitat de difusió entre ions i més gran és el nombre de vacants d'ions a la solució. superfície de la capa de pel·lícula., reduint així el substrat metàl·lic, l'estabilitat i la resistència a la corrosió 46,47.
La composició química de la pel·lícula té un efecte important sobre l'estabilitat dels cations metàl·lics i el rendiment dels semiconductors, i el canvi de temperatura té un efecte important en la formació d'una pel·lícula d'acer inoxidable.A la fig.La figura 7 mostra l'espectre XPS complet de la capa superficial d'una pel·lícula 2205 DSS en una solució simulada que conté 100 g/L de Cl– i CO2 saturat.Els elements principals de les pel·lícules formades per xips a diferents temperatures són bàsicament els mateixos, i els components principals de les pel·lícules són Fe, Cr, Ni, Mo, O, N i C. Per tant, els components principals de la capa de pel·lícula són Fe , Cr, Ni, Mo, O, N i C. Recipient amb òxids de Cr, òxids i hidròxids de Fe i una petita quantitat d'òxids de Ni i Mo.
Espectres complets d'XPS 2205 DSS presos a diverses temperatures.(a) 30°С, (b) 45°С, (c) 60°С, (d) 75°С.
La composició principal de la pel·lícula està relacionada amb les propietats termodinàmiques dels compostos de la pel·lícula passiva.Segons l'energia d'unió dels elements principals de la capa de pel·lícula, donada a la taula.6, es pot veure que els pics espectrals característics de Cr2p3/2 es divideixen en Cr0 metàl·lic (573,7 ± 0,2 eV), Cr2O3 (574,5 ± 0,3 eV) i Cr(OH)3 (575,4 ± 0,1 eV) com es mostra a la figura 8a, en què l'òxid format per l'element Cr és el component principal de la pel·lícula, que té un paper important en la resistència a la corrosió de la pel·lícula i el seu rendiment electroquímic.La intensitat màxima relativa de Cr2O3 a la capa de pel·lícula és superior a la de Cr(OH)3.Tanmateix, a mesura que augmenta la temperatura de la solució sòlida, el pic relatiu de Cr2O3 es debilita gradualment, mentre que el pic relatiu de Cr(OH)3 augmenta gradualment, cosa que indica la transformació òbvia del Cr3+ principal a la capa de pel·lícula de Cr2O3 a Cr (OH) 3, i la temperatura de la solució augmenta.
L'energia d'unió dels pics de l'espectre característic de Fe2p3/2 consisteix principalment en quatre pics de l'estat metàl·lic Fe0 (706,4 ± 0,2 eV), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 eV), FeO (709,5 ± 0,1 eV) i FeOOH (713,1 eV) eV) ± 0, 3 eV), tal com es mostra a la figura 8b, el Fe està present principalment a la pel·lícula formada en forma de Fe2+ i Fe3+.Fe2+ de FeO domina Fe (II) als pics d'energia d'enllaç més baixos, mentre que els compostos FeOOH Fe3O4 i Fe (III) dominen als pics d'energia d'unió més alts48,49.La intensitat relativa del pic de Fe3+ és superior a la de Fe2+, però la intensitat relativa del pic de Fe3+ disminueix amb l'augment de la temperatura de la solució i la intensitat relativa del pic de Fe2+ augmenta, cosa que indica un canvi en la substància principal a la capa de pel·lícula de Fe3+ a Fe2+ per augmentar la temperatura de la solució.
Els pics espectrals característics de Mo3d5/2 consisteixen principalment en dues posicions pic Mo3d5/2 i Mo3d3/243,50, mentre que Mo3d5/2 inclou Mo metàl·lic (227,5 ± 0,3 eV), Mo4+ (228,9 ± 0,2 eV) i Mo6+ ( ± 29,4 eV) ), mentre que Mo3d3/2 també conté Mo metàl·lic (230,4 ± 0,1 eV), Mo4+ (231,5 ± 0,2 eV) i Mo6+ (232, 8 ± 0,1 eV) tal com es mostra a la figura 8c, de manera que els elements Mo existeixen en les tres valència. estat de la capa de pel·lícula.Les energies d'unió dels pics espectrals característics de Ni2p3/2 consisteixen en Ni0 (852,4 ± 0,2 eV) i NiO (854,1 ± 0,2 eV), tal com es mostra a la figura 8g respectivament.El pic característic de N1s consta de N (399,6 ± 0,3 eV), tal com es mostra a la figura 8d.Els pics d'O1 característics inclouen O2- (529,7 ± 0,2 eV), OH- (531,2 ± 0,2 eV) i H2O (531,8 ± 0,3 eV), tal com es mostra a la figura. Els components principals de la capa de pel·lícula són (OH- i O2 -) , que s'utilitzen principalment per a l'oxidació o oxidació d'hidrogen de Cr i Fe a la capa de pel·lícula.La intensitat màxima relativa de l'OH- va augmentar significativament a mesura que la temperatura augmentava de 30 °C a 75 °C.Per tant, amb l'augment de la temperatura, la composició principal del material d'O2- a la capa de pel·lícula canvia d'O2- a OH- i O2-.
A la fig.La figura 9 mostra la morfologia de la superfície microscòpica de la mostra 2205 DSS després de la polarització potencial dinàmica en una solució model que conté 100 g/L de Cl– i CO2 saturat.Es pot veure que a la superfície de les mostres polaritzades a diferents temperatures, hi ha pous de corrosió de diferents graus, això es produeix en una solució d'ions agressius, i amb un augment de la temperatura de la solució, es produeix una corrosió més greu a la superfície de les mostres.substrat.Augmenta el nombre de fosses de perforació per unitat d'àrea i la profunditat dels centres de corrosió.
Corbes de corrosió de 2205 DSS en solucions model que contenen 100 g/l Cl– i CO2 saturat a diferents temperatures (a) 30 °C, (b) 45 °C, (c) 60 °C, (d) 75 °C c .
Per tant, un augment de la temperatura augmentarà l'activitat de cada component del DSS, així com augmentarà l'activitat dels ions agressius en un entorn agressiu, causant un cert grau de dany a la superfície de la mostra, la qual cosa augmentarà l'activitat de pitting., i augmentarà la formació de fosses de corrosió.La taxa de formació del producte augmentarà i la resistència a la corrosió del material disminuirà51,52,53,54,55.
A la fig.La figura 10 mostra la morfologia i la profunditat de perforació d'una mostra 2205 DSS polaritzada amb un microscopi digital òptic de profunditat de camp ultra alta.De la fig.La figura 10a mostra que també van aparèixer fosses de corrosió més petites al voltant de fosses grans, cosa que indica que la pel·lícula de passivació a la superfície de la mostra es va destruir parcialment amb la formació de fosses de corrosió a una densitat de corrent determinada i la profunditat màxima de la perforació era de 12, 9 µm.tal com es mostra a la figura 10b.
DSS mostra una millor resistència a la corrosió, la raó principal és que la pel·lícula formada a la superfície de l'acer està ben protegida en solució, Mott-Schottky, segons els resultats de XPS anteriors i la literatura relacionada 13,56,57,58, la pel·lícula principalment passa pel següent Aquest és el procés d'oxidació de Fe i Cr.
Fe2+ es dissol i precipita fàcilment a la interfície 53 entre la pel·lícula i la solució, i el procés de reacció catòdica és el següent:
En estat corroït, es forma una pel·lícula estructural de dues capes, que consisteix principalment en una capa interna d'òxids de ferro i crom i una capa exterior d'hidròxid, i els ions solen créixer als porus de la pel·lícula.La composició química de la pel·lícula de passivació està relacionada amb les seves propietats semiconductors, tal com ho demostra la corba de Mott-Schottky, que indica que la composició de la pel·lícula de passivació és de tipus n+p i té característiques bipolars.Els resultats de XPS mostren que la capa exterior de la pel·lícula passiva es compon principalment d'òxids i hidròxids de Fe que presenten propietats semiconductores de tipus n, i la capa interna es compon principalment d'òxids de Cr i hidròxids que presenten propietats de semiconductors de tipus p.
2205 DSS té una alta resistivitat a causa del seu alt contingut de Cr17.54 i presenta diferents graus de picat a causa de la corrosió galvànica microscòpica55 entre estructures dúplex.La corrosió per picadura és un dels tipus de corrosió més comuns en DSS, i la temperatura és un dels factors importants que influeixen en el comportament de la corrosió per picadura i té un impacte en els processos termodinàmics i cinètics de la reacció DSS60,61.Normalment, en una solució simulada amb una alta concentració de Cl– i CO2 saturat, la temperatura també afecta la formació de picats i l'inici d'esquerdes durant l'esquerda per corrosió per tensió sota l'esquerda per corrosió per tensió, i es determina la temperatura crítica de picat per avaluar la resistència a la corrosió.DSS.El material, que reflecteix la sensibilitat de la matriu metàl·lica a la temperatura, s'utilitza habitualment com a referència important en la selecció de materials en aplicacions d'enginyeria.La temperatura mitjana de picadura crítica de 2205 DSS a la solució simulada és de 66,9 °C, que és 25,6 °C més alta que la de l'acer inoxidable Super 13Cr amb un 3,5% de NaCl, però la profunditat màxima de la perforació va arribar als 12,9 µm62.Els resultats electroquímics van confirmar a més que les regions horitzontals de l'angle de fase i la freqüència s'estrenyen amb l'augment de la temperatura, i a mesura que l'angle de fase disminueix de 79° a 58°, el valor de |Z|disminueix d'1,26×104 a 1,58×103 Ω cm2.la resistència a la transferència de càrrega Rct va disminuir de 2,958 1014 a 2,541 103 Ω cm2, la resistència a la solució Rs va disminuir de 2,953 a 2,469 Ω cm2, la resistència de pel·lícula Rf va disminuir de 5,430 10-4 cm2 a 1,147 10-3 cm2.La conductivitat de la solució agressiva augmenta, l'estabilitat de la capa de pel·lícula de matriu metàl·lica disminueix, es dissol i s'esquerda fàcilment.La densitat de corrent d'auto-corrosió va augmentar d'1,482 a 2,893 × 10-6 A cm-2, i el potencial d'auto-corrosió va disminuir de -0,532 a -0,621 V.Es pot veure que el canvi de temperatura afecta la integritat i la densitat de la capa de pel·lícula.
Per contra, una alta concentració de Cl- i una solució saturada de CO2 augmenten gradualment la capacitat d'adsorció de Cl- a la superfície de la pel·lícula de passivació amb l'augment de la temperatura, l'estabilitat de la pel·lícula de passivació es torna inestable i l'efecte protector sobre la el substrat es torna més feble i augmenta la susceptibilitat a la picada.En aquest cas, l'activitat dels ions corrosius a la solució augmenta, el contingut d'oxigen disminueix i la pel·lícula superficial del material corrosiu és difícil de recuperar ràpidament, cosa que crea condicions més favorables per a una major adsorció d'ions corrosius a la superfície.Reducció material63.Robinson et al.[64] van demostrar que amb un augment de la temperatura de la solució, la velocitat de creixement de les fosses s'accelera i la velocitat de difusió dels ions a la solució també augmenta.Quan la temperatura puja a 65 °C, la dissolució de l'oxigen en una solució que conté ions Cl- frena el procés de reacció catòdica, la velocitat de picat es redueix.Han20 va investigar l'efecte de la temperatura sobre el comportament a la corrosió de l'acer inoxidable dúplex 2205 en un entorn de CO2.Els resultats van mostrar que un augment de la temperatura va augmentar la quantitat de productes de corrosió i l'àrea de cavitats de contracció a la superfície del material.De la mateixa manera, quan la temperatura puja a 150 °C, la pel·lícula d'òxid a la superfície es trenca i la densitat dels cràters és la més alta.Lu4 va investigar l'efecte de la temperatura sobre el comportament a la corrosió de l'acer inoxidable dúplex 2205 des de la passivació fins a l'activació en un entorn geotèrmic que conté CO2.Els seus resultats mostren que a una temperatura de prova inferior a 150 °C, la pel·lícula formada té una estructura amorfa característica i la interfície interna conté una capa rica en níquel i, a una temperatura de 300 °C, el producte de corrosió resultant té una estructura a nanoescala. .-FeCr2O4, CrOOH i NiFe2O4 policristal·lí.
A la fig.La figura 11 és un diagrama del procés de corrosió i formació de pel·lícules de 2205 DSS.Abans del seu ús, 2205 DSS forma una pel·lícula passiva a l'atmosfera.Després d'haver estat immersa en un entorn que simula una solució que conté solucions amb un alt contingut de Cl- i CO2, la seva superfície queda ràpidament envoltada per diversos ions agressius (Cl-, CO32-, etc.).).J. Banas 65 va arribar a la conclusió que en un entorn on el CO2 és present simultàniament, l'estabilitat de la pel·lícula passivadora a la superfície del material disminuirà amb el temps i l'àcid carbònic format tendeix a augmentar la conductivitat dels ions en la passivació. capa.pel·lícula i acceleració de la dissolució d'ions en una pel·lícula passiva.pel·lícula passiva.Així, la capa de pel·lícula a la superfície de la mostra es troba en un estadi d'equilibri dinàmic de dissolució i repassivació66, Cl- redueix la velocitat de formació de la capa de pel·lícula superficial i apareixen petites fosses a l'àrea adjacent de la superfície de la pel·lícula, ja que es mostra a la figura 3. Mostra.Com es mostra a les figures 11a i b, apareixen al mateix temps minúscules fosses de corrosió inestables.A mesura que augmenta la temperatura, l'activitat dels ions corrosius en solució a la capa de pel·lícula augmenta i la profunditat de les petites fosses inestables augmenta fins que la capa de pel·lícula és completament penetrada per la transparent, tal com es mostra a la figura 11c.Amb un augment addicional de la temperatura del medi de dissolució, el contingut de CO2 dissolt a la solució s'accelera, la qual cosa condueix a una disminució del valor de pH de la solució, un augment de la densitat de les fosses de corrosió inestables més petites a la superfície SPP. , la profunditat de les fosses de corrosió inicials s'expandeix i s'aprofundeix, i la pel·lícula de passivació a la superfície de la mostra A mesura que disminueix el gruix, la passivació de la pel·lícula es fa més propensa a la picadura, tal com es mostra a la figura 11d.I els resultats electroquímics també van confirmar que el canvi de temperatura té un cert efecte sobre la integritat i la densitat de la pel·lícula.Així, es pot veure que la corrosió en solucions saturades amb CO2 que contenen altes concentracions de Cl- és significativament diferent de la corrosió en solucions que contenen baixes concentracions de Cl-67,68.
Procés de corrosió 2205 DSS amb la formació i destrucció d'una nova pel·lícula.(a) Procés 1, (b) Procés 2, (c) Procés 3, (d) Procés 4.
La temperatura crítica mitjana de picadura de 2205 DSS en una solució simulada que conté 100 g/l de Cl– i CO2 saturat és de 66,9 ℃, i la profunditat màxima de picadura és de 12,9 µm, la qual cosa redueix la resistència a la corrosió de 2205 DSS i augmenta la sensibilitat a la picadura.augment de la temperatura.
Hora de publicació: 16-feb-2023