Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com.Naudojate naršyklės versiją su ribotu CSS palaikymu.Norėdami gauti geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“).Be to, norėdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodome be stilių ir JavaScript.
Vienu metu rodoma trijų skaidrių karuselė.Naudokite mygtukus Ankstesnis ir Kitas, kad vienu metu pereitumėte per tris skaidres, arba naudokite slankiklio mygtukus, esančius pabaigoje, norėdami pereiti per tris skaidres vienu metu.
Duplex 2205 nerūdijantis plienas (DSS) turi gerą atsparumą korozijai dėl savo tipiškos dvipusės struktūros, tačiau dėl vis atšiauresnės CO2 turinčios naftos ir dujų aplinkos atsiranda įvairaus laipsnio korozijos, ypač įdubimų, o tai kelia rimtą grėsmę alyvos saugumui ir patikimumui. dujų programos.dujų plėtra.Šiame darbe panardinimo testas ir elektrocheminis testas naudojami kartu su lazerine konfokaline mikroskopija ir rentgeno fotoelektronų spektroskopija.Rezultatai parodė, kad vidutinė kritinė duobės 2205 DSS temperatūra buvo 66,9 °C.Kai temperatūra yra aukštesnė nei 66,9 ℃, sumažėja taškinio skilimo potencialas, pasyvavimo intervalas ir savaiminės korozijos potencialas, padidinamas pasyvavimo srovės tankis ir padidinamas duobių jautrumas.Toliau kylant temperatūrai, mažėja talpinio lanko 2205 DSS spindulys, palaipsniui mažėja paviršiaus pasipriešinimas ir krūvio perdavimo varža, taip pat donorų ir akceptorių nešėjų tankis gaminio plėvelės sluoksnyje su n + p-bipolinėmis charakteristikomis. didėja, mažėja Cr oksidų kiekis vidiniame plėvelės sluoksnyje, padidėja Fe oksidų kiekis išoriniame sluoksnyje, didėja plėvelės sluoksnio tirpimas, mažėja stabilumas, didėja duobių skaičius ir porų dydis.
Spartaus ekonominio ir socialinio vystymosi bei socialinės pažangos kontekste naftos ir dujų išteklių paklausa ir toliau auga, todėl naftos ir dujų plėtra palaipsniui pereina į pietvakarius ir atviroje jūroje esančias zonas, kuriose sąlygos ir aplinka yra sunkesnė, todėl gręžinių vamzdžiai tampa vis sunkesni..Pablogėjimas 1,2,3.Naftos ir dujų žvalgybos srityje, kai gaminamame skystyje padidėja CO2 4 ir druskingumas bei chloro kiekis 5, 6, paprastas 7 anglies plieno vamzdis yra rimtai korozijai atsparus, net jei į vamzdžių eilutę pumpuojami korozijos inhibitoriai, korozija negali būti veiksmingai slopinama Plienas nebegali atitikti ilgalaikio veikimo atšiaurioje korozinėje CO28,9,10 aplinkoje reikalavimų.Tyrėjai kreipėsi į dvipusį nerūdijantį plieną (DSS), pasižymintį geresniu atsparumu korozijai.2205 DSS, ferito ir austenito kiekis pliene yra apie 50%, pasižymi puikiomis mechaninėmis savybėmis ir atsparumu korozijai, paviršiaus pasyvavimo plėvelė yra tanki, turi puikų vienodą atsparumą korozijai, kaina yra mažesnė nei nikelio lydinių 11 , 12. Taigi, 2205 DSS dažniausiai naudojamas kaip slėginis indas korozinėje aplinkoje, naftos gręžinio korpusas korozinėje CO2 aplinkoje, vandens aušintuvas kondensacijos sistemai jūroje esančiose naftos ir chemijos laukuose 13, 14, 15, tačiau 2205 DSS taip pat gali turėti korozinę perforaciją. tarnyboje.
Šiuo metu šalyje ir užsienyje atlikta daug CO2 ir Cl taškinės korozijos 2205 DSS tyrimų [16,17,18].Ebrahimi19 nustatė, kad kalio dichromato druskos pridėjimas į NaCl tirpalą gali slopinti 2205 DSS duobių susidarymą, o padidinus kalio dichromato koncentraciją, padidėja kritinė 2205 DSS duobių temperatūra.Tačiau 2205 DSS duobėjimo potencialas didėja dėl tam tikros koncentracijos NaCl pridėjimo į kalio dichromatą ir mažėja didėjant NaCl koncentracijai.Han20 rodo, kad 30–120 °C temperatūroje 2205 DSS pasyvuojančios plėvelės struktūra yra Cr2O3 vidinio sluoksnio, FeO išorinio sluoksnio ir turtingo Cr mišinys;temperatūrai pakilus iki 150 °C pasyvinimo plėvelė ištirpsta., vidinė struktūra pasikeičia į Cr2O3 ir Cr(OH)3, o išorinis sluoksnis į Fe(II,III) oksidą ir Fe(III) hidroksidą.Peguet21 nustatė, kad S2205 nerūdijančio plieno stacionarus įdubimas NaCl tirpale paprastai vyksta ne žemiau kritinės duobės temperatūros (CPT), bet transformacijos temperatūros diapazone (TTI).Thiadi22 padarė išvadą, kad didėjant NaCl koncentracijai, S2205 DSS atsparumas korozijai ženkliai sumažėja, o kuo neigiamesnis pritaikytas potencialas, tuo prastesnis medžiagos atsparumas korozijai.
Šiame straipsnyje dinaminio potencialo nuskaitymas, impedanso spektroskopija, pastovus potencialas, Mott-Schottky kreivė ir optinė elektronų mikroskopija buvo naudojami tiriant didelio druskingumo, didelės Cl koncentracijos ir temperatūros poveikį 2205 DSS korozijos elgsenai.ir fotoelektronų spektroskopija, kuri suteikia teorinį pagrindą saugiam 2205 DSS veikimui naftos ir dujų aplinkoje, kurioje yra CO2.
Bandomoji medžiaga parenkama iš tirpalu apdoroto plieno 2205 DSS (plieno markė 110ksi), o pagrindinė cheminė sudėtis parodyta 1 lentelėje.
Elektrocheminio mėginio dydis yra 10 mm × 10 mm × 5 mm, jis išvalomas acetonu, kad būtų pašalintas aliejus ir absoliutus etanolis, ir išdžiovinamas.Bandinio galinė dalis yra lituojama, kad būtų galima prijungti atitinkamo ilgio varinę vielą.Po suvirinimo naudokite multimetrą (VC9801A), kad patikrintumėte suvirinto bandinio elektrinį laidumą, o tada nedarbinį paviršių užsandarinkite epoksidine derva.Naudokite 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# silicio karbido vandens švitrinį popierių, kad poliravimo mašinos darbinį paviršių nupoliruotų 0,25 um poliravimo priemone iki paviršiaus šiurkštumo Ra≤1,6 um, ir galiausiai nuvalykite ir įdėkite į termostatą. .
Naudota Priston (P4000A) elektrocheminė darbo vieta su trijų elektrodų sistema.1 cm2 ploto platinos elektrodas (Pt) tarnavo kaip pagalbinis elektrodas, DSS 2205 (kurio plotas 1 cm2) buvo naudojamas kaip darbinis elektrodas, o etaloninis elektrodas (Ag/AgCl). naudojamas.Bandyme naudojamas modelinis tirpalas buvo paruoštas pagal (2 lentelę).Prieš bandymą 1 valandą buvo leidžiamas didelio grynumo N2 tirpalas (99,99%), o po to 30 minučių buvo leidžiamas CO2, kad tirpalas būtų deguonies pašalintas., o CO2 tirpale visada buvo prisotintas.
Pirmiausia mėginį įdėkite į talpyklą, kurioje yra tiriamasis tirpalas, ir įdėkite į pastovios temperatūros vandens vonią.Pradinė nustatymo temperatūra yra 2°C, o temperatūros kilimas reguliuojamas 1°C/min greičiu ir temperatūros diapazonas.2-80°C temperatūroje.Celsijaus.Bandymas pradedamas esant pastoviam potencialui (-0,6142 vs.Ag/AgCl), o bandymo kreivė yra It kreivė.Pagal kritinės duobės temperatūros bandymo standartą gali būti žinoma It kreivė.Temperatūra, kuriai esant srovės tankis pakyla iki 100 μA/cm2, vadinama kritine duobių temperatūra.Vidutinė kritinė duobėjimo temperatūra yra 66,9 °C.Poliarizacijos kreivės ir impedanso spektro bandymo temperatūros buvo pasirinktos atitinkamai 30 °C, 45 °C, 60 °C ir 75 °C, o bandymas buvo pakartotas tris kartus tomis pačiomis mėginio sąlygomis, siekiant sumažinti galimus nuokrypius.
Metalo mėginys, veikiamas tirpalu, pirmiausia buvo poliarizuotas esant katodo potencialui (-1,3 V) 5 minutes, o po to buvo išbandyta potenciodinaminė poliarizacijos kreivė, kad būtų pašalinta oksido plėvelė, susidariusi ant bandinio darbinio paviršiaus, o tada esant atviros grandinės potencialui 1 val., kol nebus nustatyta korozijos įtampa.Dinaminio potencialo poliarizacijos kreivės skenavimo greitis buvo nustatytas į 0,333 mV/s, o skenavimo intervalo potencialas nustatytas į -0,3 ~ 1,2 V, palyginti su OCP.Siekiant užtikrinti bandymo tikslumą, tos pačios bandymo sąlygos buvo pakartotos 3 kartus.
Impedanso spektro testavimo programinė įranga – Versa Studio.Iš pradžių bandymas buvo atliktas esant pastoviam atviros grandinės potencialui, nustatyta kintamųjų trikdžių įtampos amplitudė 10 mV, o matavimo dažnis – 10–2–105 Hz.spektro duomenys po bandymo.
Dabartinės laiko kreivės testavimo procesas: pasirinkite skirtingus pasyvavimo potencialus pagal anodinės poliarizacijos kreivės rezultatus, išmatuokite It kreivę esant pastoviam potencialui ir pritaikykite dvigubo logaritmo kreivę, kad apskaičiuotumėte pritaikytos kreivės nuolydį plėvelės analizei.pasyvuojančios plėvelės susidarymo mechanizmas.
Kai atviros grandinės įtampa stabilizuosis, atlikite Mott-Schottky kreivės testą.Bandymo potencialo nuskaitymo diapazonas 1.0~-1.0V (vS.Ag/AgCl), nuskaitymo greitis 20mV/s, bandymo dažnis nustatytas 1000Hz, žadinimo signalas 5mV.
Naudokite rentgeno fotoelektroninę spektroskopiją (XPS) (ESCALAB 250Xi, JK), kad po 2205 DSS plėvelės susidarymo būtų patikrinta paviršiaus pasyvinimo plėvelės sudėtis ir cheminė būsena, o matavimo duomenų apdorojimas pagal smailės atitiktį naudojant aukščiausios kokybės programinę įrangą.palyginti su atomų spektrų duomenų bazėmis ir susijusia literatūra23 ir kalibruota naudojant C1s (284,8 eV).Korozijos morfologija ir duobių gylis ant mėginių buvo apibūdinti naudojant itin gilų optinį skaitmeninį mikroskopą (Zeiss Smart Zoom5, Vokietija).
Mėginys buvo tiriamas esant tam pačiam potencialui (-0,6142 V santykinis Ag/AgCl) pastovaus potencialo metodu ir užfiksuota korozijos srovės kreivė su laiku.Pagal CPT bandymo standartą poliarizacijos srovės tankis palaipsniui didėja didėjant temperatūrai.1 parodyta kritinė 2205 DSS duobėjimo temperatūra imituotame tirpale, kuriame yra 100 g/l Cl– ir prisotinto CO2.Matyti, kad esant žemai tirpalo temperatūrai, didėjant bandymo laikui, srovės tankis praktiškai nekinta.Ir kai tirpalo temperatūra pakilo iki tam tikros vertės, srovės tankis sparčiai didėjo, o tai rodo, kad pasyvuojančios plėvelės tirpimo greitis didėjo kylant tirpalo temperatūrai.Kai kietojo tirpalo temperatūra padidinama nuo 2 °C iki maždaug 67 °C, 2205DSS poliarizacijos srovės tankis padidėja iki 100 µA/cm2, o vidutinė kritinė 2205DSS taškinio susidarymo temperatūra yra 66,9 °C, tai yra apie 16,6 °C. didesnis nei 2205DSS.standartinis 3,5 masės% NaCl (0,7 V)26.Kritinė duobėjimo temperatūra priklauso nuo panaudoto potencialo matavimo metu: kuo mažesnis taikomas potencialas, tuo aukštesnė išmatuota kritinė duobės temperatūra.
2205 dvipusio nerūdijančio plieno kritinės temperatūros kreivė su taškais imituotame tirpale, kuriame yra 100 g/l Cl– ir prisotinto CO2.
Ant pav.2 parodyta 2205 DSS kintamos varžos diagramos modeliuotuose tirpaluose, kuriuose yra 100 g/l Cl ir prisotinto CO2 esant įvairioms temperatūroms.Matyti, kad 2205DSS Nyquist diagrama esant įvairioms temperatūroms susideda iš aukšto dažnio, vidutinio dažnio ir žemo dažnio varžos-talpos lankų, o varžos-talpos lankai nėra pusapvaliai.Talpinio lanko spindulys atspindi pasyvuojančios plėvelės varžos vertę ir krūvio perdavimo varžos reikšmę elektrodo reakcijos metu.Visuotinai pripažįstama, kad kuo didesnis talpinio lanko spindulys, tuo didesnis metalinio pagrindo atsparumas korozijai tirpale27.Esant 30 °C tirpalo temperatūrai, talpinio lanko spindulys Nyquist diagramoje ir fazės kampas varžos modulio diagramoje |Z|Bode yra aukščiausia, o 2205 DSS korozija yra mažiausia.Tirpalo temperatūrai kylant, |Z|impedanso modulis, lanko spindulys ir tirpalo varža mažėja, be to, fazės kampas taip pat mažėja nuo 79 Ω iki 58 Ω tarpinio dažnio srityje, rodantis plačią smailę ir tankų vidinį bei retą (akytas) išorinį sluoksnį. nehomogeniškos pasyviosios plėvelės ypatybės28.Todėl kylant temperatūrai metalinio pagrindo paviršiuje susidariusi pasyvinanti plėvelė ištirpsta ir įtrūksta, todėl susilpnėja pagrindo apsauginės savybės ir pablogėja medžiagos atsparumas korozijai29.
Naudojant ZSimDeme programinę įrangą impedanso spektro duomenims pritaikyti, pritaikyta ekvivalentinė grandinė parodyta 330 pav., kur Rs yra modeliuojamas tirpalo varža, Q1 yra plėvelės talpa, Rf yra sukurtos pasyvuojančios plėvelės varža, Q2 yra dviguba. sluoksnio talpa, o Rct yra krūvio perdavimo varža.Iš talpinimo lentelėje rezultatų.3 parodyta, kad kylant modeliuojamo tirpalo temperatūrai, n1 reikšmė sumažėja nuo 0,841 iki 0,769, o tai rodo tarpo tarp dviejų sluoksnių kondensatorių padidėjimą ir tankio sumažėjimą.Krūvio perdavimo varža Rct palaipsniui mažėjo nuo 2,958×1014 iki 2,541×103 Ω cm2, o tai rodo laipsnišką medžiagos atsparumo korozijai mažėjimą.Tirpalo varža Rs sumažėjo nuo 2,953 iki 2,469 Ω cm2, o pasyvuojančios plėvelės talpa Q2 sumažėjo nuo 5,430 10-4 iki 1,147 10-3 Ω cm2, padidėjo tirpalo laidumas, sumažėjo pasyvuojančios plėvelės stabilumas. , o tirpalo Cl-, SO42- ir kt.) terpėje didėja, o tai pagreitina pasyvuojančios plėvelės sunaikinimą31.Dėl to mažėja plėvelės varža Rf (nuo 4662 iki 849 Ω cm2) ir poliarizacijos varža Rp (Rct+Rf), susidaranti ant dvipusio nerūdijančio plieno paviršiaus.
Todėl tirpalo temperatūra turi įtakos DSS 2205 atsparumui korozijai. Esant žemai tirpalo temperatūrai, vyksta reakcijos procesas tarp katodo ir anodo dalyvaujant Fe2 +, kuris prisideda prie greito tirpalo tirpimo ir korozijos. anodas, taip pat paviršiuje susidariusios plėvelės pasyvinimas, pilnesnis ir didesnis Tankis, didesnis pasipriešinimo krūvio perdavimas tarp tirpalų, sulėtina metalo matricos tirpimą ir pasižymi geresniu atsparumu korozijai.Kylant tirpalo temperatūrai, mažėja atsparumas krūvio perkėlimui Rct, greitėja reakcijos tarp jonų tirpale greitis, o agresyvių jonų difuzijos greitis – taip, kad ant jo paviršiaus vėl susidaro pradiniai korozijos produktai. substratas nuo metalinio pagrindo paviršiaus.Plonesnė pasyvinanti plėvelė susilpnina pagrindo apsaugines savybes.
Ant pav.4 paveiksle parodytos 2205 DSS dinaminės potencialo poliarizacijos kreivės modeliuotuose tirpaluose, kuriuose yra 100 g/l Cl– ir prisotinto CO2, esant įvairioms temperatūroms.Iš paveikslo matyti, kad kai potencialas yra nuo -0,4 iki 0,9 V, anodo kreivės esant skirtingoms temperatūroms turi akivaizdžias pasyvavimo sritis, o savaiminio korozijos potencialas yra apie -0,7 iki -0,5 V. tankis padidina srovę iki 100 μA/cm233 anodo kreivė dažniausiai vadinama taškiniu potencialu (Eb arba Etra).Kylant temperatūrai pasyvavimo intervalas mažėja, savaiminės korozijos potencialas, korozijos srovės tankis linkęs didėti, o poliarizacijos kreivė pasislenka žemyn į dešinę, kas rodo, kad modeliuojamame tirpale DSS 2205 suformuota plėvelė turi aktyvų. veikla.100 g/l Cl– ir prisotinto CO2, padidina jautrumą taškinei korozijai, yra lengvai pažeidžiamas agresyvių jonų, dėl to padidėja metalo matricos korozija ir sumažėja atsparumas korozijai.
Iš 4 lentelės matyti, kad temperatūrai pakilus nuo 30°C iki 45°C, atitinkamas perpasyvavimo potencialas šiek tiek sumažėja, tačiau atitinkamo dydžio pasyvavimo srovės tankis žymiai padidėja, o tai rodo, kad pasyvuojančios plėvelės apsauga po šiais. sąlygos didėja didėjant temperatūrai.Kai temperatūra pasiekia 60°C, atitinkamas duobėjimo potencialas žymiai sumažėja, ir ši tendencija išryškėja kylant temperatūrai.Pažymėtina, kad esant 75 °C temperatūrai paveikslėlyje atsiranda reikšmingas trumpalaikės srovės pikas, rodantis, kad mėginio paviršiuje yra metastabili taškinė korozija.
Todėl kylant tirpalo temperatūrai mažėja tirpale ištirpusio deguonies kiekis, mažėja plėvelės paviršiaus pH vertė, mažėja pasyvuojančios plėvelės stabilumas.Be to, kuo aukštesnė tirpalo temperatūra, tuo didesnis agresyvių jonų aktyvumas tirpale ir tuo didesnis substrato paviršiaus plėvelės sluoksnio pažeidimo greitis.Plėvelės sluoksnyje susidarę oksidai lengvai nukrenta ir reaguoja su plėvelės sluoksnyje esančiais katijonais, sudarydami tirpius junginius, padidindami duobių susidarymo tikimybę.Kadangi regeneruotas plėvelės sluoksnis yra gana birus, apsauginis poveikis substratui yra mažas, o tai padidina metalinio pagrindo koroziją.Dinaminės poliarizacijos potencialo tyrimo rezultatai atitinka impedanso spektroskopijos rezultatus.
Ant pav.5a paveiksle parodytos 2205 DSS it kreivės modeliniame tirpale, kuriame yra 100 g/l Cl– ir prisotinto CO2.Pasyvavimo srovės tankis kaip laiko funkcija buvo gautas po 1 val. poliarizacijos įvairiose temperatūrose esant -300 mV potencialui (Ag/AgCl atžvilgiu).Galima pastebėti, kad 2205 DSS pasyvavimo srovės tankio tendencija esant tam pačiam potencialui ir skirtingoms temperatūroms iš esmės yra tokia pati, o tendencija laikui bėgant palaipsniui mažėja ir yra sklandi.Palaipsniui didėjant temperatūrai, padidėjo 2205 DSS pasyvavimo srovės tankis, o tai atitiko poliarizacijos rezultatus, kurie taip pat parodė, kad plėvelės sluoksnio ant metalinio pagrindo apsauginės charakteristikos sumažėjo didėjant tirpalo temperatūrai.
2205 DSS potenciostatinės poliarizacijos kreivės esant tam pačiam plėvelės formavimo potencialui ir skirtingoms temperatūroms.a) srovės tankis, palyginti su laiku, b) pasyvaus plėvelės augimo logaritmas.
Ištirkite ryšį tarp pasyvavimo srovės tankio ir laiko esant skirtingoms temperatūroms esant tam pačiam plėvelės susidarymo potencialui, kaip parodyta (1)34:
Kur i yra pasyvavimo srovės tankis esant plėvelės susidarymo potencialui, A/cm2.A yra darbinio elektrodo plotas, cm2.K yra prie jo pritaikytos kreivės nuolydis.t laikas, s
Ant pav.5b parodytos logI ir logt kreivės 2205 DSS esant skirtingoms temperatūroms esant tam pačiam plėvelės formavimo potencialui.Literatūros duomenimis35, kai linija nuožulni K = -1, pagrindo paviršiuje susidaręs plėvelės sluoksnis yra tankesnis ir turi geresnį metalinio pagrindo atsparumą korozijai.O kai tiesios linijos šlaitai K = -0,5, paviršiuje susidaręs plėvelės sluoksnis yra birus, jame yra daug mažų skylučių ir prastai atsparus metaliniam pagrindui korozijai.Matyti, kad esant 30°C, 45°C, 60°C ir 75°C temperatūroms, plėvelės sluoksnio struktūra keičiasi iš tankių porų į laisvas poras pagal pasirinktą tiesinį nuolydį.Pagal taško defekto modelį (PDM)36,37 matyti, kad bandymo metu taikomas potencialas neturi įtakos srovės tankiui, o tai rodo, kad temperatūra tiesiogiai veikia anodo srovės tankio matavimą bandymo metu, todėl srovė didėja didėjant temperatūrai.tirpalas, o 2205 DSS tankis didėja, o atsparumas korozijai mažėja.
DSS suformuoto plonasluoksnio sluoksnio puslaidininkinės savybės turi įtakos jo atsparumui korozijai38, puslaidininkio tipas ir plonos plėvelės sluoksnio nešiklio tankis įtakoja plonasluoksnio sluoksnio DSS įtrūkimą ir įdubimą39,40, kur talpa C ir E. potencialus plonasluoksnis sluoksnis tenkina santykį MS, puslaidininkio erdvės krūvis apskaičiuojamas taip:
Formulėje ε yra pasyvuojančios plėvelės skvarba kambario temperatūroje, lygi 1230, ε0 yra vakuumo laidumas, lygus 8,85 × 10–14 F/cm, E yra antrinis krūvis (1,602 × 10–19 C) ;ND yra n tipo puslaidininkių donorų tankis, cm–3, NA yra p tipo puslaidininkio akceptoriaus tankis, cm–3, EFB yra plokščiosios juostos potencialas, V, K yra Boltzmanno konstanta, 1,38 × 10–3 .23 J/K, T – temperatūra, K.
Pritaikytos linijos nuolydį ir susikirtimą galima apskaičiuoti pritaikant tiesinį atskyrimą prie išmatuotos MS kreivės, taikomosios koncentracijos (ND), priimtos koncentracijos (NA) ir plokščios juostos potencialo (Efb)42.
Ant pav.6 parodyta 2205 DSS plėvelės paviršiaus sluoksnio Mott-Schottky kreivė, suformuota imituotame tirpale, kuriame yra 100 g/l Cl- ir prisotintame CO2 esant potencialui (-300 mV) 1 valandą.Matyti, kad visi plonasluoksniai sluoksniai, susidarę skirtingose temperatūrose, turi n+p tipo dvipolių puslaidininkių charakteristikas.n tipo puslaidininkis pasižymi tirpalo anijonų selektyvumu, kuris gali neleisti nerūdijančio plieno katijonams difunduoti į tirpalą per pasyvavimo plėvelę, o p tipo puslaidininkis turi katijonų selektyvumą, kuris gali užkirsti kelią koroziniams anijonams tirpale pasyvuoti. ant pagrindo paviršiaus 26 .Taip pat matyti, kad tarp dviejų derinimo kreivių vyksta sklandus perėjimas, plėvelė yra plokščios juostos būsenoje, o plokščios juostos potencialas Efb gali būti naudojamas puslaidininkio energijos juostos padėčiai nustatyti ir jos elektrocheminiam poveikiui įvertinti. stabilumas43..
Pagal MC kreivės pritaikymo rezultatus, pateiktus 5 lentelėje, buvo apskaičiuota to paties dydžio išeinanti koncentracija (ND) ir priėmimo koncentracija (NA) bei plokščiosios juostos potencialas Efb 44.Taikomos nešiklio srovės tankis daugiausia apibūdina taškinius erdvės krūvio sluoksnio defektus ir pasyvuojančios plėvelės taškinį potencialą.Kuo didesnė užtepamo nešiklio koncentracija, tuo lengviau lūžta plėvelės sluoksnis ir didesnė substrato korozijos tikimybė45.Be to, palaipsniui didėjant tirpalo temperatūrai, ND emiterio koncentracija plėvelės sluoksnyje padidėjo nuo 5,273×1020 cm-3 iki 1,772×1022 cm-3, o NA šeimininko koncentracija padidėjo nuo 4,972×1021 iki 4,592. × 1023.cm – kaip parodyta pav.3, plokščiosios juostos potencialas padidėja nuo 0,021 V iki 0,753 V, tirpale didėja nešėjų skaičius, suintensyvėja tirpalo jonų reakcija, mažėja plėvelės sluoksnio stabilumas.Didėjant tirpalo temperatūrai, kuo mažesnė apytikslios linijos nuolydžio absoliuti vertė, tuo didesnis nešėjų tankis tirpale, tuo didesnis difuzijos tarp jonų greitis ir tuo didesnis jonų laisvų vietų skaičius ant jonų. plėvelės sluoksnio paviršius., taip sumažinant metalinį pagrindą, stabilumą ir atsparumą korozijai 46,47.
Cheminė plėvelės sudėtis turi didelę įtaką metalo katijonų stabilumui ir puslaidininkių veikimui, o temperatūros pokytis turi didelę įtaką nerūdijančio plieno plėvelės susidarymui.Ant pav.7 paveiksle parodytas visas 2205 DSS plėvelės paviršiaus sluoksnio XPS spektras imituotame tirpale, kuriame yra 100 g/l Cl– ir prisotinto CO2.Pagrindiniai elementai plėvelėse, kurias sudaro lustai esant skirtingoms temperatūroms, iš esmės yra vienodi, o pagrindiniai plėvelių komponentai yra Fe, Cr, Ni, Mo, O, N ir C. Todėl pagrindiniai plėvelės sluoksnio komponentai yra Fe , Cr, Ni, Mo, O, N ir C. Talpykla su Cr oksidais, Fe oksidais ir hidroksidais bei nedideliu kiekiu Ni ir Mo oksidų.
Visi XPS 2205 DSS spektrai, paimti esant įvairioms temperatūroms.a) 30°С, b) 45°С, c) 60°С, d) 75°С.
Pagrindinė plėvelės sudėtis yra susijusi su pasyvuojančios plėvelės junginių termodinaminėmis savybėmis.Pagal pagrindinių elementų surišimo energiją plėvelės sluoksnyje, pateiktą lentelėje.6, matyti, kad būdingos Cr2p3/2 spektrinės smailės skirstomos į metalo Cr0 (573,7 ± 0,2 eV), Cr2O3 (574,5 ± 0,3 eV) ir Cr(OH)3 (575,4 ± 0,1 eV) kaip parodyta 8a paveiksle, kuriame Cr elemento suformuotas oksidas yra pagrindinis plėvelės komponentas, kuris vaidina svarbų vaidmenį plėvelės atsparumui korozijai ir jos elektrocheminėms savybėms.Santykinis Cr2O3 smailės intensyvumas plėvelės sluoksnyje yra didesnis nei Cr(OH)3.Tačiau kylant kieto tirpalo temperatūrai, santykinė Cr2O3 smailė palaipsniui silpsta, o santykinė Cr(OH)3 smailė palaipsniui didėja, o tai rodo akivaizdžią pagrindinio Cr3+ transformaciją plėvelės sluoksnyje iš Cr2O3 į Cr(OH) 3, o tirpalo temperatūra pakyla.
Būdingo Fe2p3/2 spektro smailių jungimosi energiją daugiausia sudaro keturios metalinės būsenos Fe0 (706,4 ± 0,2 eV), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 eV), FeO (709,5 ± 0,1 eV) ir FeOOH (713,1) smailės. eV) ± 0,3 eV), kaip parodyta 8b pav., Fe daugiausia yra susidariusioje plėvelėje Fe2+ ir Fe3+ pavidalu.Fe2+ iš FeO dominuoja Fe (II) esant mažesnėms surišimo energijos smailėms, o Fe3O4 ir Fe (III) FeOOH junginiai dominuoja esant didesnėms rišimosi energijos smailėms48, 49.Fe3+ smailės santykinis intensyvumas yra didesnis nei Fe2+, tačiau kylant tirpalo temperatūrai Fe3+ smailės santykinis intensyvumas mažėja, o Fe2+ smailės santykinis intensyvumas didėja, o tai rodo pagrindinės medžiagos pasikeitimą plėvelės sluoksnyje nuo Fe3+ į Fe2+, kad padidėtų tirpalo temperatūra.
Būdingos Mo3d5/2 spektrinės smailės daugiausia susideda iš dviejų smailių pozicijų Mo3d5/2 ir Mo3d3/243.50, o Mo3d5/2 apima metalinį Mo (227.5 ± 0.3 eV), Mo4+ (228.9 ± 0.2 eV) ir Mo6+ (229.4 eV ± 0.3 eV). ), o Mo3d3/2 taip pat yra metalinio Mo (230,4 ± 0,1 eV), Mo4+ (231,5 ± 0,2 eV) ir Mo6+ (232, 8 ± 0,1 eV), kaip parodyta 8c paveiksle, todėl Mo elementai yra daugiau nei trijų valentų. plėvelės sluoksnio būklė.Būdingų Ni2p3/2 spektrinių smailių surišimo energijas sudaro Ni0 (852,4 ± 0,2 eV) ir NiO (854,1 ± 0,2 eV), kaip parodyta atitinkamai 8g pav.Būdinga N1s smailė susideda iš N (399,6 ± 0,3 eV), kaip parodyta 8d pav.Būdingos O1s smailės apima O2- (529,7 ± 0,2 eV), OH- (531,2 ± 0,2 eV) ir H2O (531,8 ± 0,3 eV), kaip parodyta pav. Pagrindiniai plėvelės sluoksnio komponentai yra (OH- ir O2 -) , kurie daugiausia naudojami Cr ir Fe oksidacijai arba vandenilio oksidacijai plėvelės sluoksnyje.Santykinis OH- smailės intensyvumas žymiai padidėjo, kai temperatūra pakilo nuo 30 ° C iki 75 ° C.Todėl, kylant temperatūrai, pagrindinė O2- medžiagos sudėtis plėvelės sluoksnyje keičiasi iš O2- į OH- ir O2-.
Ant pav.9 paveiksle parodyta 2205 DSS mėginio mikroskopinė paviršiaus morfologija po dinaminės potencialo poliarizacijos modeliniame tirpale, kuriame yra 100 g/l Cl– ir prisotinto CO2.Matyti, kad skirtingose temperatūrose poliarizuotų mėginių paviršiuje yra įvairaus laipsnio korozijos duobių, tai atsiranda agresyvių jonų tirpale, o kylant tirpalo temperatūrai, ant jo atsiranda rimtesnė korozija. mėginių paviršius.substratas.Didėja duobių skaičius ploto vienetui ir korozijos centrų gylis.
2205 DSS korozijos kreivės modeliiniuose tirpaluose, kuriuose yra 100 g/l Cl– ir prisotinto CO2, esant skirtingoms temperatūroms (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c.
Todėl temperatūros padidėjimas padidins kiekvieno DSS komponento aktyvumą, taip pat padidins agresyvių jonų aktyvumą agresyvioje aplinkoje, sukeldamas tam tikrą mėginio paviršiaus pažeidimą, o tai padidins duobėjimo aktyvumą., ir padidės korozijos duobių susidarymas.Padidės gaminio susidarymo greitis ir sumažės medžiagos atsparumas korozijai51,52,53,54,55.
Ant pav.10 parodyta 2205 DSS mėginio, poliarizuoto su ypač didelio lauko gylio optiniu skaitmeniniu mikroskopu, morfologija ir duobių gylis.Iš pav.10a parodyta, kad aplink dideles duobes taip pat atsirado mažesnės korozijos duobės, o tai rodo, kad pasyvinanti plėvelė ant mėginio paviršiaus buvo iš dalies sunaikinta, susidarius korozijos duobėms esant tam tikram srovės tankiui, o didžiausias duobių gylis buvo 12, 9 µm.kaip parodyta 10b paveiksle.
DSS rodo geresnį atsparumą korozijai, pagrindinė priežastis yra ta, kad plėvelė, susidariusi ant plieno paviršiaus, yra gerai apsaugota tirpale, Mott-Schottky, remiantis aukščiau pateiktais XPS rezultatais ir susijusia literatūra 13,56,57,58, plėvelė daugiausia praeina per šiuos Tai yra Fe ir Cr oksidacijos procesas.
Fe2+ lengvai ištirpsta ir nusėda ties sąsaja 53 tarp plėvelės ir tirpalo, o katodinės reakcijos procesas yra toks:
Esant korozijai, susidaro dvisluoksnė struktūrinė plėvelė, kurią daugiausia sudaro vidinis geležies ir chromo oksidų sluoksnis bei išorinis hidroksido sluoksnis, o jonai dažniausiai auga plėvelės porose.Pasyvuojančios plėvelės cheminė sudėtis yra susijusi su jos puslaidininkinėmis savybėmis, kaip rodo Mott-Schottky kreivė, rodanti, kad pasyvuojančios plėvelės sudėtis yra n + p tipo ir turi bipolines charakteristikas.XPS rezultatai rodo, kad išorinį pasyvuojančios plėvelės sluoksnį daugiausia sudaro Fe oksidai ir hidroksidai, pasižymintys n tipo puslaidininkių savybėmis, o vidinis sluoksnis daugiausia sudarytas iš Cr oksidų ir hidroksidų, pasižyminčių p tipo puslaidininkinėmis savybėmis.
2205 DSS turi didelę varžą dėl didelio Cr17.54 kiekio ir pasižymi įvairaus laipsnio duobėmis dėl mikroskopinės galvaninės korozijos55 tarp dvipusių konstrukcijų.Taškinė korozija yra vienas iš labiausiai paplitusių DSS korozijos tipų, o temperatūra yra vienas iš svarbių veiksnių, turinčių įtakos taškinės korozijos elgsenai ir turi įtakos DSS reakcijos termodinaminiams ir kinetiniams procesams60, 61.Paprastai modeliuojamame tirpale, kuriame yra didelė Cl– ir sočiojo CO2 koncentracija, temperatūra taip pat turi įtakos duobių susidarymui ir plyšių atsiradimui įtempių korozijos įtrūkimų metu po įtempių korozijos įtrūkimų, o kritinė duobėjimo temperatūra yra nustatoma siekiant įvertinti. atsparumas korozijai.DSS.Medžiaga, atspindinti metalo matricos jautrumą temperatūrai, dažniausiai naudojama kaip svarbi nuoroda renkantis medžiagas inžinerinėse srityse.Vidutinė kritinė 2205 DSS duobėjimo temperatūra modeliuojamame tirpale yra 66,9°C, o tai 25,6°C aukštesnė nei nerūdijančio plieno Super 13Cr su 3,5% NaCl, tačiau didžiausias duobėjimo gylis siekė 12,9 µm62.Elektrocheminiai rezultatai taip pat patvirtino, kad fazinio kampo ir dažnio horizontalios sritys didėjant temperatūrai siaurėja, o fazės kampui mažėjant nuo 79° iki 58°, |Z|sumažėja nuo 1,26×104 iki 1,58×103 Ω cm2.krūvio perdavimo varža Rct sumažėjo nuo 2,958 1014 iki 2,541 103 Ω cm2, tirpalo varža Rs sumažėjo nuo 2,953 iki 2,469 Ω cm2, plėvelės varža Rf sumažėjo nuo 5,430 10-4 cm2 iki 1,147 10-3 cm2.Padidėja agresyvaus tirpalo laidumas, mažėja metalinės matricos plėvelės sluoksnio stabilumas, jis tirpsta ir lengvai trūkinėja.Savaiminės korozijos srovės tankis padidėjo nuo 1,482 iki 2,893×10-6 A cm-2, o savaiminio korozijos potencialas sumažėjo nuo -0,532 iki -0,621V.Matyti, kad temperatūros pokytis turi įtakos plėvelės sluoksnio vientisumui ir tankiui.
Priešingai, didelė Cl- koncentracija ir prisotintas CO2 tirpalas palaipsniui didina Cl- adsorbcijos gebėjimą pasyvuojančios plėvelės paviršiuje, kylant temperatūrai, pasyvavimo plėvelės stabilumas tampa nestabilus, o apsauginis poveikis. substratas tampa silpnesnis ir padidėja jautrumas duobėms.Tokiu atveju tirpale didėja korozinių jonų aktyvumas, mažėja deguonies kiekis, o korozijos pažeistos medžiagos paviršinė plėvelė sunkiai greitai atsikuria, todėl susidaro palankesnės sąlygos tolesnei korozinių jonų adsorbcijai ant paviršiaus.Medžiagos sumažinimas63.Robinson ir kt.[64] parodė, kad kylant tirpalo temperatūrai, greitėja duobių augimo greitis, taip pat didėja jonų difuzijos greitis tirpale.Kai temperatūra pakyla iki 65 °C, deguonies tirpimas tirpale, kuriame yra Cl- jonų, lėtina katodinės reakcijos procesą, sumažėja duobių susidarymo greitis.Han20 ištyrė temperatūros poveikį 2205 dvipusio nerūdijančio plieno korozijai CO2 aplinkoje.Rezultatai parodė, kad pakilusi temperatūra padidino korozijos produktų kiekį ir susitraukimo ertmių plotą medžiagos paviršiuje.Panašiai, kai temperatūra pakyla iki 150°C, oksido plėvelė ant paviršiaus plyšta, kraterių tankis yra didžiausias.Lu4 ištyrė temperatūros poveikį 2205 dvipusio nerūdijančio plieno korozijai nuo pasyvavimo iki aktyvavimo geoterminėje aplinkoje, kurioje yra CO2.Jų rezultatai rodo, kad esant žemesnei nei 150 °C bandymo temperatūrai, susidariusi plėvelė turi būdingą amorfinę struktūrą, o vidinėje sąsajoje yra daug nikelio turintis sluoksnis, o esant 300 °C temperatūrai, susidaręs korozijos produktas turi nanoskalės struktūrą. .-polikristalinis FeCr2O4, CrOOH ir NiFe2O4.
Ant pav.11 yra 2205 DSS korozijos ir plėvelės susidarymo proceso diagrama.Prieš naudojimą 2205 DSS atmosferoje suformuoja pasyvinančią plėvelę.Panardinus į aplinką, imituojančią tirpalą, kuriame yra tirpalų, kuriuose yra daug Cl- ir CO2, jo paviršių greitai apgaubia įvairūs agresyvūs jonai (Cl-, CO32- ir kt.).).J. Banas 65 priėjo prie išvados, kad aplinkoje, kurioje kartu yra CO2, laikui bėgant pasyvuojančios plėvelės stabilumas medžiagos paviršiuje mažės, o susidariusi anglies rūgštis linkusi didinti pasyvuojančių jonų laidumą. sluoksnis.plėvelė ir jonų tirpimo pasyvuojančioje plėvelėje pagreitis.pasyvuojanti plėvelė.Taigi, plėvelės sluoksnis ant mėginio paviršiaus yra dinaminės pusiausvyros tirpimo ir pakartotinio pasyvavimo stadijoje66, Cl sumažina paviršinio plėvelės sluoksnio susidarymo greitį, o gretimame plėvelės paviršiaus plote atsiranda mažytės duobutės. parodyta 3 paveiksle. Rodyti.Kaip parodyta 11a ir b paveiksluose, tuo pačiu metu atsiranda mažos nestabilios korozijos duobės.Kylant temperatūrai, didėja korozinių jonų aktyvumas tirpale ant plėvelės sluoksnio, o mažyčių nestabilių duobučių gylis didėja tol, kol plėvelės sluoksnį visiškai prasiskverbia skaidrus, kaip parodyta 11c paveiksle.Toliau didėjant tirpiosios terpės temperatūrai, tirpale pagreitėja ištirpusio CO2 kiekis, dėl to sumažėja tirpalo pH vertė, padidėja mažiausių nestabilių korozijos duobių tankis SPP paviršiuje. , pradinių korozijos duobių gylis plečiasi ir gilėja, o pasyvuojanti plėvelė ant mėginio paviršiaus Mažėjant storiui, pasyvuojanti plėvelė tampa labiau linkusi į duobutes, kaip parodyta 11d paveiksle.O elektrocheminiai rezultatai papildomai patvirtino, kad temperatūros pokytis turi tam tikrą poveikį plėvelės vientisumui ir tankiui.Taigi galima pastebėti, kad korozija tirpaluose, prisotintuose CO2, kuriuose yra didelė Cl- koncentracija, labai skiriasi nuo korozijos tirpaluose, kuriuose yra mažos Cl-67,68 koncentracijos.
Korozijos procesas 2205 DSS su naujos plėvelės susidarymu ir sunaikinimu.a) 1 procesas, b) 2 procesas, c) 3 procesas, d) 4 procesas.
Vidutinė kritinė 2205 DSS duobėjimo temperatūra imituotame tirpale, kuriame yra 100 g/l Cl– ir prisotinto CO2, yra 66,9 ℃, o didžiausias duobės gylis yra 12,9 µm, o tai sumažina 2205 DSS atsparumą korozijai ir padidina jautrumą duobėms.temperatūros padidėjimas.
Paskelbimo laikas: 2023-02-16