Faleminderit që vizituat Nature.com.Ju jeni duke përdorur një version të shfletuesit me mbështetje të kufizuar CSS.Për përvojën më të mirë, ju rekomandojmë të përdorni një shfletues të përditësuar (ose çaktivizoni modalitetin e përputhshmërisë në Internet Explorer).Përveç kësaj, për të siguruar mbështetje të vazhdueshme, ne e shfaqim sajtin pa stile dhe JavaScript.
Shfaq një karusel me tre rrëshqitje njëherësh.Përdorni butonat Previous dhe Next për të lëvizur nëpër tre rrëshqitje në të njëjtën kohë, ose përdorni butonat rrëshqitës në fund për të lëvizur nëpër tre rrëshqitje në të njëjtën kohë.
Çeliku inox Duplex 2205 (DSS) ka rezistencë të mirë ndaj korrozionit për shkak të strukturës së tij tipike të dyfishtë, por mjedisi gjithnjë e më i ashpër i naftës dhe gazit që përmban CO2 rezulton në shkallë të ndryshme korrozioni, veçanërisht gropa, e cila kërcënon seriozisht sigurinë dhe besueshmërinë e naftës dhe natyrore. aplikimet e gazit.zhvillimi i gazit.Në këtë punë, një test zhytjeje dhe një test elektrokimik përdoren në kombinim me mikroskopinë konfokale lazer dhe spektroskopinë fotoelektronike me rreze X.Rezultatet treguan se temperatura mesatare kritike për gropën 2205 DSS ishte 66.9 °C.Kur temperatura është më e lartë se 66,9 ℃, potenciali i prishjes së gropave, intervali i pasivimit dhe potenciali i vetë-korrozionit zvogëlohen, densiteti i rrymës së pasivimit të madhësisë rritet dhe ndjeshmëria e gropave rritet.Me një rritje të mëtejshme të temperaturës, rrezja e harkut kapacitiv 2205 DSS zvogëlohet, rezistenca e sipërfaqes dhe rezistenca e transferimit të ngarkesës zvogëlohen gradualisht, dhe dendësia e transportuesve dhurues dhe pranues në shtresën e filmit të produktit me karakteristika n + p-bipolare gjithashtu rritet, zvogëlohet përmbajtja e oksideve të Cr në shtresën e brendshme të filmit, rritet përmbajtja e oksideve të Fe në shtresën e jashtme, shtohet shpërbërja e shtresës së filmit, zvogëlohet qëndrueshmëria, rritet numri i gropave dhe madhësia e poreve.
Në kuadrin e zhvillimit të shpejtë ekonomik dhe social dhe progresit social, kërkesa për burime nafte dhe gazi vazhdon të rritet, duke detyruar zhvillimin e naftës dhe gazit të zhvendoset gradualisht në zonat jugperëndimore dhe detare me kushte dhe mjedis më të rëndë, kështu që kushtet e funksionimit të tuba downhole bëhet gjithnjë e më e rëndë..Përkeqësimi 1,2,3.Në fushën e kërkimit të naftës dhe gazit, kur rritja e CO2 4 dhe kripësia dhe përmbajtja e klorit 5, 6 në lëngun e prodhuar, tubi i zakonshëm prej çeliku 7 karboni është subjekt i korrozionit serioz, edhe nëse frenuesit e korrozionit pompohen në vargun e tubit, korrozioni nuk mund të shtypet në mënyrë efektive çeliku nuk mund të plotësojë më kërkesat e funksionimit afatgjatë në mjedise të ashpra gërryese CO28,9,10.Studiuesit iu drejtuan çeliqeve inox të dyfishtë (DSS) me rezistencë më të mirë ndaj korrozionit.2205 DSS, përmbajtja e ferritit dhe austenitit në çelik është rreth 50%, ka veti të shkëlqyera mekanike dhe rezistencë ndaj korrozionit, filmi i pasivimit të sipërfaqes është i dendur, ka rezistencë të shkëlqyeshme ndaj korrozionit uniform, çmimi është më i ulët se ai i lidhjeve me bazë nikeli 11 , 12. Kështu, 2205 DSS përdoret zakonisht si enë nën presion në mjedis gërryes, mbështjellës i pusit të naftës në mjedis gërryes CO2, ftohës uji për sistemin e kondensimit në zonat e naftës në det të hapur dhe fushat kimike 13, 14, 15, por 2205 DSS gjithashtu mund të ketë perforim gërryes ne sherbim.
Aktualisht, shumë studime të korrozionit me gropë CO2 dhe Cl-2205 DSS janë kryer brenda dhe jashtë vendit [16,17,18].Ebrahimi19 zbuloi se shtimi i një kripe dikromat kaliumi në një tretësirë të NaCl mund të pengojë gropa 2205 DSS dhe rritja e përqendrimit të dikromatit të kaliumit rrit temperaturën kritike të gropës 2205 DSS.Megjithatë, potenciali i gropave të 2205 DSS rritet për shkak të shtimit të një përqendrimi të caktuar të NaCl në dikromat kaliumi dhe zvogëlohet me rritjen e përqendrimit të NaCl.Han20 tregon se në 30 deri në 120°C, struktura e filmit pasivizues 2205 DSS është një përzierje e shtresës së brendshme Cr2O3, shtresës së jashtme FeO dhe Cr të pasur;kur temperatura rritet në 150 °C, filmi i pasivimit shpërndahet., struktura e brendshme ndryshon në Cr2O3 dhe Cr(OH)3, dhe shtresa e jashtme ndryshon në oksid Fe(II,III) dhe hidroksid Fe(III).Peguet21 zbuloi se gropa e palëvizshme e çelikut inox S2205 në solucionin NaCl zakonisht ndodh jo nën temperaturën kritike të gropës (CPT), por në intervalin e temperaturës së transformimit (TTI).Thiadi22 arriti në përfundimin se me rritjen e përqendrimit të NaCl, rezistenca ndaj korrozionit të S2205 DSS zvogëlohet ndjeshëm dhe sa më negativ të jetë potenciali i aplikuar, aq më e keqe është rezistenca ndaj korrozionit të materialit.
Në këtë artikull, skanimi i potencialit dinamik, spektroskopia e impedancës, potenciali konstant, kurba Mott-Schottky dhe mikroskopi optik elektronik u përdorën për të studiuar efektin e kripësisë së lartë, përqendrimit të lartë Cl– dhe temperaturës në sjelljen e korrozionit të 2205 DSS.dhe spektroskopia fotoelektronike, e cila ofron bazën teorike për funksionimin e sigurt të 2205 DSS në mjediset e naftës dhe gazit që përmbajnë CO2.
Materiali i provës zgjidhet nga çeliku i trajtuar me tretësirë 2205 DSS (shkalla e çelikut 110ksi), dhe përbërja kimike kryesore është paraqitur në tabelën 1.
Madhësia e kampionit elektrokimik është 10 mm × 10 mm × 5 mm, pastrohet me aceton për të hequr vajin dhe etanolin absolut dhe thahet.Pjesa e pasme e pjesës së provës është ngjitur për të lidhur gjatësinë e duhur të telit të bakrit.Pas saldimit, përdorni një multimetër (VC9801A) për të kontrolluar përçueshmërinë elektrike të pjesës së provës së salduar dhe më pas vulosni sipërfaqen që nuk funksionon me epoksi.Përdorni letër zmerile me ujë karabit silikoni 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# për të lustruar sipërfaqen e punës në makinën lustruese me agjent lustrim 0.25um deri në vrazhdësinë e sipërfaqes Ra≤1.6um dhe në fund pastroni dhe futeni në termostat. .
Është përdorur një stacion pune elektrokimik Priston (P4000A) me një sistem me tre elektroda.Një elektrodë platini (Pt) me një sipërfaqe prej 1 cm2 shërbeu si elektrodë ndihmëse, një DSS 2205 (me një sipërfaqe prej 1 cm2) u përdor si një elektrodë pune dhe një elektrodë referimi (Ag/AgCl). të përdorura.Zgjidhja model e përdorur në test u përgatit sipas (Tabela 2).Përpara testit, një solucion N2 me pastërti të lartë (99,99%) u kalua për 1 orë, dhe më pas u kalua CO2 për 30 minuta për të deoksigjenuar tretësirën., dhe CO2 në tretësirë ishte gjithmonë në gjendje të ngopjes.
Së pari, vendoseni kampionin në rezervuarin që përmban tretësirën e provës dhe vendoseni në një banjë uji me temperaturë konstante.Temperatura fillestare e vendosjes është 2°C dhe rritja e temperaturës kontrollohet me një shpejtësi prej 1°C/min dhe diapazoni i temperaturës kontrollohet.në 2-80°C.Celsius.Testi fillon me një potencial konstant (-0,6142 Vs.Ag/AgCl) dhe kurba e provës është një kurbë It.Sipas standardit të testit të temperaturës kritike të vrimës, kurba It mund të njihet.Temperatura në të cilën densiteti i rrymës rritet në 100 μA/cm2 quhet temperatura kritike e gropave.Temperatura mesatare kritike për gropa është 66,9 °C.Temperaturat e provës për kurbën e polarizimit dhe spektrin e rezistencës u zgjodhën të ishin përkatësisht 30°C, 45°C, 60°C dhe 75°C dhe testi u përsërit tri herë në të njëjtat kushte kampioni për të reduktuar devijimet e mundshme.
Një kampion metalik i ekspozuar ndaj tretësirës fillimisht u polarizua në një potencial katodë (-1,3 V) për 5 minuta përpara se të testohej kurba e polarizimit potenciodinamik për të eliminuar filmin oksid të formuar në sipërfaqen e punës të kampionit, dhe më pas në një potencial qarku të hapur prej 1 orë derisa tensioni i korrozionit nuk do të vendoset.Shpejtësia e skanimit të kurbës së polarizimit të potencialit dinamik u vendos në 0,333 mV/s dhe potenciali i intervalit të skanimit u vendos në -0,3~1,2V kundrejt OCP.Për të siguruar saktësinë e testit, të njëjtat kushte testimi u përsëritën 3 herë.
Softueri i testimit të spektrit të impedancës – Versa Studio.Testi u krye fillimisht në një potencial të qëndrueshëm të qarkut të hapur, amplituda e tensionit të shqetësimit të alternuar u vendos në 10 mV dhe frekuenca e matjes u vendos në 10-2-105 Hz.të dhënat e spektrit pas testimit.
Procesi i testimit të kurbës së kohës aktuale: zgjidhni potenciale të ndryshme pasivizimi sipas rezultateve të kurbës së polarizimit anodik, matni kurbën It në potencial konstant dhe përshtatni kurbën e logaritmit të dyfishtë për të llogaritur pjerrësinë e kurbës së përshtatur për analizën e filmit.mekanizmi i formimit të filmit pasivizues.
Pasi tensioni i qarkut të hapur të stabilizohet, kryeni një test të kurbës Mott-Schottky.Gama e skanimit të mundshëm të testimit 1,0~-1,0V (vS.Ag/AgCl), shpejtësia e skanimit 20mV/s, frekuenca e provës e vendosur në 1000Hz, sinjali i ngacmimit 5mV.
Përdorni spektroskopinë fotoelektronike me rreze X (XPS) (ESCALAB 250Xi, MB) për të testuar përbërjen dhe gjendjen kimike të filmit të pasivimit sipërfaqësor pas formimit të filmit DSS 2205 dhe kryeni përpunimin e të dhënave të matjes në maksimum duke përdorur softuer superior.krahasuar me bazat e të dhënave të spektrave atomike dhe literaturën përkatëse23 dhe kalibruar duke përdorur C1s (284.8 eV).Morfologjia e korrozionit dhe thellësia e gropave në mostra u karakterizuan duke përdorur një mikroskop dixhital optik ultra të thellë (Zeiss Smart Zoom5, Gjermani).
Mostra u testua me të njëjtin potencial (-0,6142 V rel. Ag/AgCl) me metodën e potencialit konstant dhe lakorja e rrymës së korrozionit u regjistrua me kalimin e kohës.Sipas standardit të testit CPT, densiteti i rrymës së polarizimit rritet gradualisht me rritjen e temperaturës.1 tregon temperaturën kritike të gropës prej 2205 DSS në një tretësirë të simuluar që përmban 100 g/L Cl– dhe CO2 të ngopur.Mund të shihet se në një temperaturë të ulët të tretësirës, densiteti i rrymës praktikisht nuk ndryshon me rritjen e kohës së testimit.Dhe kur temperatura e tretësirës u rrit në një vlerë të caktuar, densiteti i rrymës u rrit me shpejtësi, duke treguar se shkalla e shpërbërjes së filmit pasivizues u rrit me rritjen e temperaturës së tretësirës.Kur temperatura e tretësirës së ngurtë rritet nga 2°C në rreth 67°C, densiteti i rrymës së polarizimit prej 2205DSS rritet në 100µA/cm2 dhe temperatura mesatare kritike e gropës së 2205DSS është 66.9°C, që është rreth 16.6°C më e lartë se 2205DSS.standarde 3.5 wt.% NaCl (0,7 V)26.Temperatura kritike e gropës varet nga potenciali i aplikuar në kohën e matjes: sa më i ulët të jetë potenciali i aplikuar, aq më i lartë është temperatura kritike e matur e gropës.
Kurba kritike e temperaturës me gropë prej çeliku inox 2205 dupleks në një tretësirë të simuluar që përmban 100 g/L Cl– dhe CO2 të ngopur.
Në fig.2 tregon parcelat e impedancës ac të 2205 DSS në solucione të simuluara që përmbajnë 100 g/L Cl- dhe CO2 të ngopur në temperatura të ndryshme.Mund të shihet se diagrami Nyquist i 2205DSS në temperatura të ndryshme përbëhet nga harqe të rezistencës së kapacitetit me frekuencë të lartë, me frekuencë të mesme dhe me frekuencë të ulët, dhe harqet e rezistencës së kapacitetit nuk janë gjysmërrethorë.Rrezja e harkut kapacitiv pasqyron vlerën e rezistencës së filmit pasivizues dhe vlerën e rezistencës së transferimit të ngarkesës gjatë reaksionit të elektrodës.Në përgjithësi pranohet se sa më e madhe të jetë rrezja e harkut kapacitiv, aq më e mirë është rezistenca ndaj korrozionit e nënshtresës metalike në tretësirë27.Në një temperaturë tretësirë prej 30 °C, rrezja e harkut kapacitiv në diagramin Nyquist dhe këndi i fazës në diagramin e modulit të impedancës |Z|Bode është më e larta dhe korrozioni 2205 DSS është më i ulëti.Me rritjen e temperaturës së tretësirës, |Z|moduli i rezistencës, rrezja e harkut dhe rezistenca e zgjidhjes zvogëlohen, përveç kësaj, këndi i fazës gjithashtu zvogëlohet nga 79 Ω në 58 Ω në rajonin e frekuencës së ndërmjetme, duke treguar një majë të gjerë dhe një shtresë të brendshme të dendur dhe një shtresë të jashtme të rrallë (poroze) janë kryesoret. veçoritë e një filmi pasiv johomogjen28.Prandaj, me rritjen e temperaturës, filmi pasivizues i formuar në sipërfaqen e nënshtresës metalike tretet dhe plasaritet, gjë që dobëson vetitë mbrojtëse të nënshtresës dhe përkeqëson rezistencën ndaj korrozionit të materialit29.
Duke përdorur softuerin ZSimDeme për të përshtatur të dhënat e spektrit të impedancës, qarku ekuivalent i montuar është paraqitur në figurën 330, ku Rs është rezistenca e simuluar e zgjidhjes, Q1 është kapaciteti i filmit, Rf është rezistenca e filmit pasivizues të gjeneruar, Q2 është dyfishi Kapaciteti i shtresës, dhe Rct është rezistenca e transferimit të ngarkesës.Nga rezultatet e përshtatjes në tabelë.3 tregon se me rritjen e temperaturës së tretësirës së simuluar, vlera e n1 zvogëlohet nga 0,841 në 0,769, gjë që tregon një rritje të hendekut midis kondensatorëve me dy shtresa dhe një ulje të densitetit.Rezistenca e transferimit të ngarkesës Rct u ul gradualisht nga 2,958×1014 në 2,541×103 Ω cm2, gjë që tregoi një rënie graduale të rezistencës ndaj korrozionit të materialit.Rezistenca e tretësirës Rs u ul nga 2,953 në 2,469 Ω cm2, dhe kapaciteti Q2 i filmit pasivizues u ul nga 5,430 10-4 në 1,147 10-3 Ω cm2, përçueshmëria e tretësirës u rrit, qëndrueshmëria e filmit pasivizues u ul. , dhe tretësira Cl-, SO42- etj.) në mjedis rritet, gjë që përshpejton shkatërrimin e filmit pasivizues31.Kjo çon në një ulje të rezistencës së filmit Rf (nga 4662 në 849 Ω cm2) dhe një ulje të rezistencës së polarizimit Rp (Rct+Rf) të formuar në sipërfaqen e çelikut të pandryshkshëm të dyfishtë.
Prandaj, temperatura e tretësirës ndikon në rezistencën ndaj korrozionit të DSS 2205. Në një temperaturë të ulët të tretësirës, ndodh një proces reaksioni midis katodës dhe anodës në prani të Fe2 +, i cili kontribuon në shpërbërjen dhe korrozionin e shpejtë të anoda, si dhe pasivizimi i filmit të formuar në sipërfaqe, Dendësia më e plotë dhe më e lartë, transferimi më i madh i ngarkesës me rezistencë ndërmjet tretësirave, ngadalëson tretjen e matricës metalike dhe shfaq rezistencë më të mirë ndaj korrozionit.Me rritjen e temperaturës së tretësirës, rezistenca ndaj transferimit të ngarkesës Rct zvogëlohet, shpejtësia e reagimit ndërmjet joneve në tretësirë përshpejtohet dhe shpejtësia e difuzionit të joneve agresive përshpejtohet, kështu që produktet fillestare të korrozionit formohen përsëri në sipërfaqen e nënshtresa nga sipërfaqja e nënshtresës metalike.Një film pasivizues më i hollë dobëson vetitë mbrojtëse të nënshtresës.
Në fig.Figura 4 tregon kurbat e polarizimit të potencialit dinamik të 2205 DSS në tretësirat e simuluara që përmbajnë 100 g/L Cl– dhe CO2 të ngopur në temperatura të ndryshme.Nga figura mund të shihet se kur potenciali është në intervalin nga -0,4 deri në 0,9 V, kurbat e anodës në temperatura të ndryshme kanë rajone të dukshme pasivimi dhe potenciali i vetë-korrozionit është rreth -0,7 deri në -0,5 V. dendësia rrit rrymën deri në 100 μA/cm233 kurba e anodës zakonisht quhet potenciali i vrimës (Eb ose Etra).Me rritjen e temperaturës, intervali i pasivimit zvogëlohet, potenciali i vetë-korrozionit zvogëlohet, densiteti i rrymës së korrozionit tenton të rritet dhe kurba e polarizimit zhvendoset poshtë djathtas, gjë që tregon se filmi i formuar nga DSS 2205 në zgjidhjen e simuluar është aktiv. aktivitet.përmbajtja prej 100 g/l Cl– dhe CO2 i ngopur, rrit ndjeshmërinë ndaj korrozionit me gropë, dëmtohet lehtësisht nga jonet agresive, gjë që çon në rritjen e korrozionit të matricës metalike dhe uljen e rezistencës ndaj korrozionit.
Nga tabela 4 mund të shihet se kur temperatura rritet nga 30°C në 45°C, potenciali përkatës i mbipasivimit zvogëlohet pak, por dendësia e rrymës së pasivimit të madhësisë përkatëse rritet ndjeshëm, duke treguar se mbrojtja e filmit pasivizues nën këto kushtet rriten me rritjen e temperaturës.Kur temperatura arrin 60°C, potenciali përkatës i vrimës zvogëlohet ndjeshëm dhe kjo tendencë bëhet më e dukshme me rritjen e temperaturës.Duhet të theksohet se në 75°C një kulm i rëndësishëm i rrymës kalimtare shfaqet në figurë, që tregon praninë e korrozionit me gropë metastabile në sipërfaqen e mostrës.
Prandaj, me një rritje të temperaturës së tretësirës, sasia e oksigjenit të tretur në tretësirë zvogëlohet, vlera e pH e sipërfaqes së filmit zvogëlohet dhe qëndrueshmëria e filmit pasivizues zvogëlohet.Për më tepër, sa më e lartë të jetë temperatura e tretësirës, aq më i lartë është aktiviteti i joneve agresive në tretësirë dhe aq më i lartë është shkalla e dëmtimit të shtresës së filmit sipërfaqësor të substratit.Oksidet e formuara në shtresën e filmit bien lehtësisht dhe reagojnë me kationet në shtresën e filmit për të formuar komponime të tretshme, duke rritur mundësinë e gropave.Meqenëse shtresa e filmit të rigjeneruar është relativisht e lirshme, efekti mbrojtës në nënshtresë është i ulët, gjë që rrit korrozionin e nënshtresës metalike.Rezultatet e testit të potencialit të polarizimit dinamik janë në përputhje me rezultatet e spektroskopisë së impedancës.
Në fig.Figura 5a tregon lakoret e saj për 2205 DSS në një zgjidhje model që përmban 100 g/L Cl– dhe CO2 të ngopur.Dendësia e rrymës së pasivimit në funksion të kohës është marrë pas polarizimit në temperatura të ndryshme për 1 orë në një potencial prej -300 mV (në raport me Ag/AgCl).Mund të shihet se tendenca e densitetit të rrymës së pasivimit të 2205 DSS në të njëjtin potencial dhe temperatura të ndryshme është në thelb e njëjtë, dhe trendi gradualisht zvogëlohet me kalimin e kohës dhe tenton të jetë i qetë.Me rritjen e temperaturës gradualisht, densiteti i rrymës së pasivimit prej 2205 DSS u rrit, gjë që ishte në përputhje me rezultatet e polarizimit, gjë që tregoi gjithashtu se karakteristikat mbrojtëse të shtresës së filmit në nënshtresën metalike u ulën me rritjen e temperaturës së tretësirës.
Lakoret e polarizimit potenciostatik të 2205 DSS në të njëjtin potencial formimi filmi dhe temperatura të ndryshme.(a) Dendësia e rrymës kundrejt kohës, (b) Logaritmi pasiv i rritjes së filmit.
Hulumtoni lidhjen midis densitetit të rrymës së pasivimit dhe kohës në temperatura të ndryshme për të njëjtin potencial formimi të filmit, siç tregohet në (1)34:
Ku i është dendësia e rrymës së pasivimit në potencialin e formimit të filmit, A/cm2.A është zona e elektrodës së punës, cm2.K është pjerrësia e kurbës së përshtatur me të.t koha, s
Në fig.5b tregon kurbat logI dhe logt për 2205 DSS në temperatura të ndryshme në të njëjtin potencial formimi filmi.Sipas të dhënave të literaturës,35 kur vija ka pjerrësi K = -1, shtresa e filmit e formuar në sipërfaqen e nënshtresës është më e dendur dhe ka rezistencë më të mirë ndaj korrozionit ndaj nënshtresës metalike.Dhe kur vija e drejtë ka pjerrësi K = -0,5, shtresa e filmit e formuar në sipërfaqe është e lirshme, përmban shumë vrima të vogla dhe ka rezistencë të dobët ndaj korrozionit ndaj nënshtresës metalike.Mund të shihet se në 30°C, 45°C, 60°C dhe 75°C, struktura e shtresës së filmit ndryshon nga pore të dendura në pore të lirshme në përputhje me pjerrësinë lineare të zgjedhur.Sipas modelit të defektit në pikë (PDM)36,37 mund të shihet se potenciali i aplikuar gjatë provës nuk ndikon në densitetin e rrymës, gjë që tregon se temperatura ndikon drejtpërdrejt në matjen e densitetit të rrymës së anodës gjatë provës, pra rryma rritet me rritjen e temperaturës.zgjidhje, dhe densiteti i 2205 DSS rritet, dhe rezistenca ndaj korrozionit zvogëlohet.
Vetitë gjysmëpërçuese të shtresës së filmit të hollë të formuar në DSS ndikojnë në rezistencën e tij ndaj korrozionit38, lloji i gjysmëpërçuesit dhe dendësia e bartësit të shtresës së hollë të filmit ndikojnë në plasaritjen dhe gërmimin e shtresës së filmit të hollë DSS39,40 ku kapaciteti C dhe E i shtresa potenciale e filmit të hollë plotëson relacionin MS, ngarkesa hapësinore e gjysmëpërçuesit llogaritet në këtë mënyrë:
Në formulë, ε është lejueshmëria e filmit pasivizues në temperaturën e dhomës, e barabartë me 1230, ε0 është lejueshmëria e vakumit, e barabartë me 8,85 × 10-14 F/cm, E është ngarkesa dytësore (1,602 × 10-19 C) ;ND është dendësia e dhuruesve gjysmëpërçues të tipit n, cm–3, NA është densiteti pranues i gjysmëpërçuesit të tipit p, cm–3, EFB është potenciali i brezit të sheshtë, V, K është konstanta e Boltzmann, 1,38 × 10–3 .23 J/K, T – temperatura, K.
Pjerrësia dhe ndërprerja e vijës së përshtatur mund të llogaritet duke vendosur një ndarje lineare në kurbën e matur MS, përqendrimin e aplikuar (ND), përqendrimin e pranuar (NA) dhe potencialin e brezit të sheshtë (Efb)42.
Në fig.6 tregon lakoren Mott-Schottky të shtresës sipërfaqësore të një filmi 2205 DSS të formuar në një tretësirë të simuluar që përmban 100 g/l Cl- dhe të ngopur me CO2 në një potencial (-300 mV) për 1 orë.Mund të shihet se të gjitha shtresat me shtresë të hollë të formuara në temperatura të ndryshme kanë karakteristikat e gjysmëpërçuesve bipolarë të tipit n+p.Gjysmëpërçuesi i tipit n ka selektivitet të anionit të tretësirës, i cili mund të parandalojë që kationet e çelikut të pandryshkshëm të shpërndahen në tretësirë përmes filmit të pasivimit, ndërsa gjysmëpërçuesi i tipit p ka selektivitet kationesh, i cili mund të parandalojë anionet gërryese në tretësirë nga kalimi i pasivimit. jashtë në sipërfaqen e nënshtresës 26 .Mund të shihet gjithashtu se ka një tranzicion të qetë midis dy kthesave të montimit, filmi është në një gjendje brezi të sheshtë dhe potenciali i brezit të sheshtë Efb mund të përdoret për të përcaktuar pozicionin e brezit të energjisë së një gjysmëpërçuesi dhe për të vlerësuar elektrokimikën e tij. stabilitet43..
Sipas rezultateve të përshtatjes së kurbës MC të treguar në Tabelën 5, u llogaritën përqendrimi në dalje (ND) dhe përqendrimi marrës (NA) dhe potenciali i brezit të sheshtë Efb 44 të rendit të njëjtë të madhësisë.Dendësia e rrymës së aplikuar bartës karakterizon kryesisht defektet e pikës në shtresën e ngarkesës hapësinore dhe potencialin e vrimës së filmit pasivizues.Sa më i lartë të jetë përqendrimi i bartësit të aplikuar, aq më lehtë thyhet shtresa e filmit dhe aq më e lartë është probabiliteti i korrozionit të nënshtresës45.Përveç kësaj, me një rritje graduale të temperaturës së tretësirës, përqendrimi i emetuesit ND në shtresën e filmit u rrit nga 5,273 × 1020 cm-3 në 1,772 × 1022 cm-3, dhe përqendrimi i NA pritës u rrit nga 4,972 × 1021 në 4,592 ×1023.cm – siç tregohet në fig.3, potenciali i brezit të sheshtë rritet nga 0.021 V në 0.753 V, numri i transportuesve në tretësirë rritet, reagimi midis joneve në tretësirë intensifikohet dhe qëndrueshmëria e shtresës së filmit zvogëlohet.Me rritjen e temperaturës së tretësirës, sa më e vogël të jetë vlera absolute e pjerrësisë së vijës së përafërt, aq më i madh është densiteti i bartësve në tretësirë, aq më i lartë është shkalla e difuzionit ndërmjet joneve dhe aq më i madh është numri i zbrazëtirave të joneve në sipërfaqja e shtresës së filmit., duke reduktuar në këtë mënyrë substratin metalik, qëndrueshmërinë dhe rezistencën ndaj korrozionit 46,47.
Përbërja kimike e filmit ka një efekt të rëndësishëm në stabilitetin e kationeve metalike dhe performancën e gjysmëpërçuesve, dhe ndryshimi i temperaturës ka një efekt të rëndësishëm në formimin e një filmi çelik inox.Në fig.Figura 7 tregon spektrin e plotë XPS të shtresës sipërfaqësore të një filmi 2205 DSS në një tretësirë të simuluar që përmban 100 g/L Cl– dhe CO2 të ngopur.Elementet kryesore në filmat e formuar nga patate të skuqura në temperatura të ndryshme janë në thelb të njëjtë, dhe përbërësit kryesorë të filmave janë Fe, Cr, Ni, Mo, O, N dhe C. Prandaj, përbërësit kryesorë të shtresës së filmit janë Fe. , Cr, Ni, Mo, O, N dhe C. Enë me okside Cr, okside dhe hidrokside Fe dhe një sasi të vogël oksidesh Ni dhe Mo.
Spektrat e plotë XPS 2205 DSS të marra në temperatura të ndryshme.(a) 30°С, (b) 45°С, (c) 60°С, (d) 75°С.
Përbërja kryesore e filmit lidhet me vetitë termodinamike të përbërjeve në filmin pasivizues.Sipas energjisë lidhëse të elementeve kryesore në shtresën e filmit, të dhënë në tabelë.6, mund të shihet se majat karakteristike spektrale të Cr2p3/2 ndahen në metal Cr0 (573,7 ± 0,2 eV), Cr2O3 (574,5 ± 0,3 eV) dhe Cr(OH)3 (575,4 ± 0,1 eV) si treguar në figurën 8a, në të cilën oksidi i formuar nga elementi Cr është përbërësi kryesor në film, i cili luan një rol të rëndësishëm në rezistencën ndaj korrozionit të filmit dhe performancën e tij elektrokimike.Intensiteti relativ i pikut të Cr2O3 në shtresën e filmit është më i lartë se ai i Cr(OH)3.Megjithatë, me rritjen e temperaturës së tretësirës së ngurtë, piku relativ i Cr2O3 gradualisht dobësohet, ndërsa kulmi relativ i Cr(OH)3 rritet gradualisht, gjë që tregon transformimin e dukshëm të Cr3+ kryesor në shtresën e filmit nga Cr2O3 në Cr(OH) 3, dhe temperatura e tretësirës rritet.
Energjia lidhëse e majave të spektrit karakteristik të Fe2p3/2 përbëhet kryesisht nga katër maja të gjendjes metalike Fe0 (706,4 ± 0,2 eV), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 eV), FeO (709,5 ± 0,1 eV ) dhe FeOOH (71. eV) ± 0.3 eV), siç tregohet në figurën 8b, Fe është kryesisht i pranishëm në filmin e formuar në formën e Fe2+ dhe Fe3+.Fe2+ nga FeO dominon Fe(II) në pikat më të ulëta të energjisë lidhëse, ndërsa komponimet Fe3O4 dhe Fe(III) FeOOH mbizotërojnë në majat më të larta të energjisë lidhëse48,49.Intensiteti relativ i pikut Fe3+ është më i lartë se ai i Fe2+, por intensiteti relativ i pikut Fe3+ zvogëlohet me rritjen e temperaturës së tretësirës dhe intensiteti relativ i pikut Fe2+ rritet, duke treguar një ndryshim në substancën kryesore në shtresën e filmit nga Fe3+ në Fe2+ për të rritur temperaturën e tretësirës.
Majat karakteristike spektrale të Mo3d5/2 kryesisht përbëhen nga dy pozicione kulmore Mo3d5/2 dhe Mo3d3/243.50, ndërsa Mo3d5/2 përfshin Mo metalike (227.5 ± 0.3 eV), Mo4+ (228.9 ± 0.2 eV) dhe Mo6+ ( 229. ), ndërsa Mo3d3/2 përmban gjithashtu Mo metalik (230,4 ± 0,1 eV), Mo4+ (231,5 ± 0,2 eV) dhe Mo6+ (232, 8 ± 0,1 eV) siç tregohet në figurën 8c, kështu që elementët Mo ekzistojnë në mbi tre valencë gjendja e shtresës së filmit.Energjitë lidhëse të majave karakteristike spektrale të Ni2p3/2 përbëhen nga Ni0 (852,4 ± 0,2 eV) dhe NiO (854,1 ± 0,2 eV), siç tregohet përkatësisht në Fig. 8g.Maja karakteristike N1s përbëhet nga N (399,6 ± 0,3 eV), siç tregohet në Fig. 8d.Majat karakteristike të O1 përfshijnë O2- (529,7 ± 0,2 eV), OH- (531,2 ± 0,2 eV) dhe H2O (531,8 ± 0,3 eV), siç tregohet në Fig. Përbërësit kryesorë të shtresës së filmit janë (OH- dhe O2 -) , të cilat përdoren kryesisht për oksidimin ose oksidimin me hidrogjen të Cr dhe Fe në shtresën e filmit.Intensiteti relativ i pikut të OH- u rrit ndjeshëm ndërsa temperatura u rrit nga 30°C në 75°C.Prandaj, me një rritje të temperaturës, përbërja kryesore e materialit të O2- në shtresën e filmit ndryshon nga O2- në OH- dhe O2-.
Në fig.Figura 9 tregon morfologjinë mikroskopike të sipërfaqes së kampionit 2205 DSS pas polarizimit të potencialit dinamik në një zgjidhje model që përmban 100 g/L Cl– dhe CO2 të ngopur.Mund të shihet se në sipërfaqen e mostrave të polarizuara në temperatura të ndryshme, ka gropa korrozioni të shkallëve të ndryshme, kjo ndodh në një tretësirë të joneve agresive, dhe me një rritje të temperaturës së tretësirës, ndodh korrozioni më serioz në sipërfaqen e mostrave.substrate.Numri i gropave për njësi sipërfaqe dhe thellësia e qendrave të korrozionit rritet.
Lakoret e korrozionit të 2205 DSS në tretësirat model që përmbajnë 100 g/l Cl– dhe CO2 të ngopur në temperatura të ndryshme (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c .
Prandaj, një rritje e temperaturës do të rrisë aktivitetin e secilit komponent të DSS, si dhe do të rrisë aktivitetin e joneve agresive në një mjedis agresiv, duke shkaktuar një shkallë të caktuar dëmtimi në sipërfaqen e mostrës, gjë që do të rrisë aktivitetin e groposjes., dhe formimi i gropave korrozioni do të rritet.Shkalla e formimit të produktit do të rritet dhe rezistenca ndaj korrozionit të materialit do të ulet51,52,53,54,55.
Në fig.10 tregon morfologjinë dhe thellësinë e gropës së një kampioni 2205 DSS të polarizuar me një mikroskop optik optik ultra të lartë të fushës.Nga fig.10a tregon se gropa më të vogla korrozioni u shfaqën gjithashtu rreth gropave të mëdha, duke treguar se filmi pasivizues në sipërfaqen e mostrës u shkatërrua pjesërisht me formimin e gropave korrozioni në një densitet të caktuar të rrymës, dhe thellësia maksimale e gropës ishte 12.9 μm.siç tregohet në figurën 10b.
DSS tregon rezistencë më të mirë ndaj korrozionit, arsyeja kryesore është se filmi i formuar në sipërfaqen e çelikut është i mbrojtur mirë në tretësirë, Mott-Schottky, sipas rezultateve të mësipërme XPS dhe literaturës përkatëse 13,56,57,58, filmi kryesisht kalon në vijim Ky është procesi i oksidimit të Fe dhe Cr.
Fe2+ shpërndahet dhe precipitohet lehtësisht në ndërfaqen 53 midis filmit dhe tretësirës, dhe procesi i reagimit katodik është si më poshtë:
Në gjendje të gërryer, formohet një film strukturor me dy shtresa, i cili kryesisht përbëhet nga një shtresë e brendshme oksidesh hekuri dhe kromi dhe një shtresë e jashtme hidroksid, dhe jonet zakonisht rriten në poret e filmit.Përbërja kimike e filmit pasivizues lidhet me vetitë e tij gjysmëpërçuese, siç dëshmohet nga kurba Mott-Schottky, që tregon se përbërja e filmit pasivizues është e tipit n+p dhe ka karakteristika bipolare.Rezultatet e XPS tregojnë se shtresa e jashtme e filmit pasivizues përbëhet kryesisht nga oksidet dhe hidroksidet e Fe që shfaqin veti gjysmëpërçuese të tipit n, dhe shtresa e brendshme përbëhet kryesisht nga oksidet e Cr dhe hidroksidet që shfaqin veti gjysmëpërçuese të tipit p.
2205 DSS ka rezistencë të lartë për shkak të përmbajtjes së tij të lartë të Cr17.54 dhe shfaq shkallë të ndryshme të gërvishtjeve për shkak të korrozionit galvanik mikroskopik55 midis strukturave të dyfishta.Korrozioni me gropë është një nga llojet më të zakonshme të korrozionit në DSS dhe temperatura është një nga faktorët e rëndësishëm që ndikon në sjelljen e korrozionit me gropë dhe ka ndikim në proceset termodinamike dhe kinetike të reaksionit DSS60,61.Në mënyrë tipike, në një zgjidhje të simuluar me një përqendrim të lartë të Cl- dhe CO2 të ngopur, temperatura gjithashtu ndikon në formimin e gropave dhe fillimin e çarjeve gjatë plasaritjes së korrozionit të stresit nën plasaritjen e korrozionit të stresit, dhe temperatura kritike e gropës përcaktohet për të vlerësuar rezistenca ndaj korrozionit.DSS.Materiali, i cili pasqyron ndjeshmërinë e matricës metalike ndaj temperaturës, përdoret zakonisht si një referencë e rëndësishme në përzgjedhjen e materialit në aplikimet inxhinierike.Temperatura mesatare kritike e gropës prej 2205 DSS në tretësirën e simuluar është 66,9°C, që është 25,6°C më e lartë se ajo e çelikut inox Super 13Cr me 3,5% NaCl, por thellësia maksimale e gropës arriti në 12,9 µm62.Rezultatet elektrokimike konfirmuan më tej se rajonet horizontale të këndit të fazës dhe frekuencës ngushtohen me rritjen e temperaturës, dhe ndërsa këndi i fazës zvogëlohet nga 79° në 58°, vlera e |Z|zvogëlohet nga 1,26×104 në 1,58×103 Ω cm2.rezistenca e transferimit të ngarkesës Rct u ul nga 2,958 1014 në 2,541 103 Ω cm2, rezistenca e tretësirës Rs u ul nga 2,953 në 2,469 Ω cm2, rezistenca e filmit Rf u ul nga 5,430 10-4 cm2 në 1,147 10-3 cm2.Përçueshmëria e tretësirës agresive rritet, qëndrueshmëria e shtresës së filmit të matricës metalike zvogëlohet, ajo tretet dhe plasaritet lehtësisht.Dendësia e rrymës vetë-korrozioni u rrit nga 1,482 në 2,893×10-6 A cm-2, dhe potenciali i vetë-korozionit u ul nga -0,532 në -0,621 V.Mund të shihet se ndryshimi i temperaturës ndikon në integritetin dhe densitetin e shtresës së filmit.
Përkundrazi, një përqendrim i lartë i Cl- dhe një tretësirë e ngopur e CO2 rrit gradualisht kapacitetin e absorbimit të Cl- në sipërfaqen e filmit pasivizues me rritjen e temperaturës, qëndrueshmëria e filmit pasivizues bëhet e paqëndrueshme dhe efekti mbrojtës në substrati bëhet më i dobët dhe ndjeshmëria ndaj gropave rritet.Në këtë rast, aktiviteti i joneve gërryese në tretësirë rritet, përmbajtja e oksigjenit zvogëlohet dhe filmi sipërfaqësor i materialit të gërryer është i vështirë të rikuperohet shpejt, gjë që krijon kushte më të favorshme për adsorbimin e mëtejshëm të joneve korrozive në sipërfaqe.Reduktimi i materialit63.Robinson etj.[64] tregoi se me një rritje të temperaturës së tretësirës, shkalla e rritjes së gropave përshpejtohet dhe shpejtësia e difuzionit të joneve në tretësirë gjithashtu rritet.Kur temperatura rritet në 65 °C, shpërbërja e oksigjenit në një tretësirë që përmban jone Cl- ngadalëson procesin e reaksionit katodik, shkalla e groposjes zvogëlohet.Han20 hetoi efektin e temperaturës në sjelljen e korrozionit të çelikut inox 2205 dupleks në një mjedis CO2.Rezultatet treguan se një rritje e temperaturës rriti sasinë e produkteve të korrozionit dhe zonën e zgavrave të tkurrjes në sipërfaqen e materialit.Në mënyrë të ngjashme, kur temperatura rritet në 150 ° C, filmi i oksidit në sipërfaqe prishet dhe dendësia e kratereve është më e larta.Lu4 hetoi efektin e temperaturës në sjelljen e korrozionit të çelikut inox 2205 dupleks nga pasivimi në aktivizim në një mjedis gjeotermik që përmban CO2.Rezultatet e tyre tregojnë se në një temperaturë prove nën 150 °C, filmi i formuar ka një strukturë karakteristike amorfe dhe ndërfaqja e brendshme përmban një shtresë të pasur me nikel dhe në një temperaturë prej 300 °C, produkti i korrozionit që rezulton ka një strukturë në shkallë nano. .-polikristaline FeCr2O4, CrOOH dhe NiFe2O4.
Në fig.11 është një diagram i procesit të korrozionit dhe formimit të filmit të 2205 DSS.Para përdorimit, 2205 DSS formon një film pasivizues në atmosferë.Pasi është zhytur në një mjedis që simulon një tretësirë që përmban tretësirë me përmbajtje të lartë të Cl- dhe CO2, sipërfaqja e saj rrethohet shpejt nga jone të ndryshëm agresivë (Cl-, CO32-, etj.).).J. Banas 65 arriti në përfundimin se në një mjedis ku CO2 është njëkohësisht i pranishëm, qëndrueshmëria e filmit pasivizues në sipërfaqen e materialit do të ulet me kalimin e kohës, dhe acidi karbonik i formuar tenton të rrisë përçueshmërinë e joneve në pasivizues avokat.filmi dhe përshpejtimi i tretjes së joneve në një film pasivizues.film pasivizues.Kështu, shtresa e filmit në sipërfaqen e mostrës është në një fazë ekuilibri dinamik të shpërbërjes dhe ripasivimit66, Cl- zvogëlon shkallën e formimit të shtresës së filmit sipërfaqësor dhe në zonën ngjitur të sipërfaqes së filmit shfaqen gropa të vogla me gropa, si treguar në figurën 3. Trego.Siç tregohet në figurën 11a dhe b, gropa të vogla korrozioni të paqëndrueshme shfaqen në të njëjtën kohë.Me rritjen e temperaturës, aktiviteti i joneve gërryese në tretësirë në shtresën e filmit rritet dhe thellësia e gropave të vogla të paqëndrueshme rritet derisa shtresa e filmit të depërtohet plotësisht nga ajo transparente, siç tregohet në figurën 11c.Me një rritje të mëtejshme të temperaturës së mediumit tretës, përmbajtja e CO2 të tretur në tretësirë përshpejtohet, gjë që çon në një ulje të vlerës së pH të tretësirës, një rritje në densitetin e gropave më të vogla të korrozionit të paqëndrueshëm në sipërfaqen e SPP. , thellësia e gropave fillestare të korrozionit zgjerohet dhe thellohet, dhe filmi pasivizues në sipërfaqen e kampionit Me zvogëlimin e trashësisë, filmi pasivizues bëhet më i prirur ndaj gropave siç tregohet në figurën 11d.Dhe rezultatet elektrokimike konfirmuan gjithashtu se ndryshimi i temperaturës ka një efekt të caktuar në integritetin dhe densitetin e filmit.Kështu, mund të shihet se korrozioni në tretësirat e ngopura me CO2 që përmbajnë përqendrime të larta të Cl- është dukshëm i ndryshëm nga korrozioni në tretësirat që përmbajnë përqendrime të ulëta të Cl-67,68.
Procesi i korrozionit 2205 DSS me formimin dhe shkatërrimin e një filmi të ri.(a) Procesi 1, (b) Procesi 2, (c) Procesi 3, (d) Procesi 4.
Temperatura mesatare kritike e gropës prej 2205 DSS në një tretësirë të simuluar që përmban 100 g/l Cl– dhe CO2 të ngopur është 66,9 ℃, dhe thellësia maksimale e gropës është 12,9 µm, e cila redukton rezistencën ndaj korrozionit prej 2205 DSS dhe rrit ndjeshmërinë ndaj gropës.rritja e temperaturës.
Koha e postimit: Shkurt-16-2023