Grazas por visitar Nature.com.Estás a usar unha versión do navegador con soporte CSS limitado.Para obter a mellor experiencia, recomendámosche que utilices un navegador actualizado (ou que desactives o modo de compatibilidade en Internet Explorer).Ademais, para garantir a asistencia continua, mostramos o sitio sen estilos e JavaScript.
Mostra un carrusel de tres diapositivas á vez.Use os botóns Anterior e Seguinte para moverse por tres diapositivas á vez, ou use os botóns deslizantes ao final para moverse por tres diapositivas á vez.
O aceiro inoxidable dúplex 2205 (DSS) ten unha boa resistencia á corrosión debido á súa estrutura dúplex típica, pero o ambiente cada vez máis duro de petróleo e gas que contén CO2 produce diferentes graos de corrosión, especialmente picaduras, que ameazan seriamente a seguridade e a fiabilidade do petróleo e da natureza. aplicacións de gas.desenvolvemento de gas.Neste traballo utilízase unha proba de inmersión e unha proba electroquímica en combinación coa microscopía confocal láser e a espectroscopia de fotoelectróns de raios X.Os resultados mostraron que a temperatura crítica media para pitting 2205 DSS foi de 66,9 °C.Cando a temperatura é superior a 66,9 ℃, o potencial de ruptura de picaduras, o intervalo de pasivación e o potencial de auto-corrosión redúcense, aumenta a densidade de corrente de pasivación do tamaño e aumenta a sensibilidade de picadura.Cun maior aumento da temperatura, o raio do arco capacitivo 2205 DSS diminúe, a resistencia superficial e a resistencia á transferencia de carga diminúen gradualmente e tamén a densidade de portadores doadores e aceptores na capa de película do produto con características n + p-bipolares. aumenta, o contido de óxidos de Cr na capa interna da película diminúe, aumenta o contido de óxidos de Fe na capa exterior, a disolución da capa de película aumenta, a estabilidade diminúe, o número de fosas e o tamaño dos poros aumenta.
No contexto do rápido desenvolvemento económico e social e do progreso social, a demanda de recursos de petróleo e gas segue crecendo, o que obriga o desenvolvemento de petróleo e gas a desprazarse gradualmente cara ás zonas do suroeste e mar adentro con condicións e medio ambiente máis graves, polo que as condicións de operación de os tubos do fondo do pozo fanse cada vez máis graves..Deterioro 1,2,3.No campo da exploración de petróleo e gas, cando o aumento do CO2 4 e da salinidade e do contido de cloro 5, 6 no fluído producido, o tubo de aceiro ao carbono ordinario 7 está suxeito a unha grave corrosión, aínda que se bombeen inhibidores de corrosión na cadea de tubos, a corrosión non se pode suprimir eficazmente o aceiro xa non pode cumprir os requisitos de operación a longo prazo en ambientes corrosivos de CO28,9,10 duros.Os investigadores utilizaron aceiros inoxidables dúplex (DSS) con mellor resistencia á corrosión.2205 DSS, o contido de ferrita e austenita no aceiro é de aproximadamente o 50%, ten excelentes propiedades mecánicas e resistencia á corrosión, a película de pasivación superficial é densa, ten unha excelente resistencia á corrosión uniforme, o prezo é inferior ao das aliaxes a base de níquel 11 , 12. Así, o 2205 DSS úsase habitualmente como recipiente a presión en ambientes corrosivos, envoltura de pozos de petróleo en ambientes corrosivos de CO2, enfriador de auga para o sistema de condensación en campos petrolíferos e químicos offshore 13, 14, 15, pero o 2205 DSS tamén pode ter perforación corrosiva. en servizo.
Na actualidade, realizáronse moitos estudos de corrosión por picaduras de CO2 e Cl 2205 DSS no país e no estranxeiro [16,17,18].Ebrahimi19 descubriu que engadir un sal de dicromato de potasio a unha solución de NaCl pode inhibir a picadura de 2205 DSS, e aumentar a concentración de dicromato de potasio aumenta a temperatura crítica da picadura de 2205 DSS.Non obstante, o potencial de picadura do 2205 DSS aumenta debido á adición dunha certa concentración de NaCl ao dicromato de potasio e diminúe ao aumentar a concentración de NaCl.Han20 mostra que entre 30 e 120 °C, a estrutura da película pasivadora 2205 DSS é unha mestura de capa interna de Cr2O3, capa externa de FeO e Cr rico;cando a temperatura sobe a 150 °C, a película de pasivación disólvese., a estrutura interna cambia a Cr2O3 e Cr(OH)3, e a capa exterior cambia a óxido de Fe(II,III) e hidróxido de Fe(III).Peguet21 descubriu que a picadura estacionaria do aceiro inoxidable S2205 en solución de NaCl adoita ocorrer non por debaixo da temperatura crítica de picadura (CPT), senón no intervalo de temperatura de transformación (TTI).Thiadi22 concluíu que a medida que aumenta a concentración de NaCl, a resistencia á corrosión do S2205 DSS diminúe significativamente e canto máis negativo é o potencial aplicado, peor é a resistencia á corrosión do material.
Neste artigo utilizáronse a exploración de potencial dinámico, a espectroscopia de impedancia, o potencial constante, a curva de Mott-Schottky e a microscopía electrónica óptica para estudar o efecto da alta salinidade, a alta concentración de Cl– e a temperatura no comportamento da corrosión do 2205 DSS.e espectroscopia fotoelectrónica, que proporciona a base teórica para o funcionamento seguro do 2205 DSS en ambientes de petróleo e gas que conteñen CO2.
O material de proba elíxese entre o aceiro tratado con solución 2205 DSS (aceiro grao 110ksi), e a composición química principal móstrase na táboa 1.
O tamaño da mostra electroquímica é de 10 mm × 10 mm × 5 mm, límpase con acetona para eliminar o aceite e o etanol absoluto e sécase.A parte traseira da peza de proba está soldada para conectar a lonxitude adecuada de fío de cobre.Despois da soldadura, use un multímetro (VC9801A) para comprobar a condutividade eléctrica da peza de ensaio soldada e, a continuación, sela a superficie que non funciona con epoxi.Use papel de lixa de auga de carburo de silicio 400 #, 600 #, 800 #, 1200 #, 2000 # para pulir a superficie de traballo na máquina de pulir cun axente de pulido de 0,25 um ata que a rugosidade da superficie Ra≤ 1,6 um e, finalmente, limpa e coloque o termostato. .
Utilizouse unha estación de traballo electroquímica Priston (P4000A) cun sistema de tres electrodos.Un electrodo de platino (Pt) cunha área de 1 cm2 serviu de electrodo auxiliar, un DSS 2205 (cunha área de 1 cm2) como electrodo de traballo e un electrodo de referencia (Ag/AgCl) usado.A solución modelo utilizada na proba preparouse segundo (Táboa 2).Antes da proba, pasouse unha disolución de N2 de alta pureza (99,99%) durante 1 h, e despois pasouse CO2 durante 30 min para desosixenar a solución., e o CO2 na solución estivo sempre en estado de saturación.
En primeiro lugar, coloque a mostra no tanque que contén a solución de proba e colócase nun baño de auga a temperatura constante.A temperatura de configuración inicial é de 2 °C e o aumento da temperatura contrólase a unha velocidade de 1 °C/min e o rango de temperatura está controlado.a 2-80°C.Celsius.A proba comeza cun potencial constante (-0,6142 Vs.Ag/AgCl) e a curva de proba é unha curva It.Segundo o estándar de proba de temperatura crítica, pódese coñecer a curva It.A temperatura á que a densidade de corrente aumenta ata 100 μA/cm2 chámase temperatura crítica de picaduras.A temperatura crítica media de picadura é de 66,9 °C.Elixíronse as temperaturas de proba para a curva de polarización e o espectro de impedancia para que fosen 30 °C, 45 °C, 60 °C e 75 °C, respectivamente, e a proba repetiuse tres veces nas mesmas condicións de mostra para reducir as posibles desviacións.
Unha mostra metálica exposta á solución polarizouse primeiro a un potencial de cátodo (-1,3 V) durante 5 min antes de probar a curva de polarización potenciodinámica para eliminar a película de óxido formada na superficie de traballo da mostra, e despois a un potencial de circuíto aberto de 1 h ata que non se estableza a tensión de corrosión.A taxa de exploración da curva de polarización do potencial dinámico estableceuse en 0,333 mV/s e o potencial do intervalo de exploración estableceuse en -0,3 ~ 1,2 V fronte ao OCP.Para garantir a precisión da proba, repítese as mesmas condicións de proba 3 veces.
Software de proba de espectro de impedancia - Versa Studio.A proba realizouse por primeira vez a un potencial de circuíto aberto constante, a amplitude da tensión de perturbación alterna estableceuse a 10 mV e a frecuencia de medición a 10–2–105 Hz.datos do espectro despois da proba.
Proceso de proba da curva de tempo actual: seleccione diferentes potenciais de pasivación segundo os resultados da curva de polarización anódica, mida a curva It a potencial constante e axuste a curva de dobre logaritmo para calcular a pendente da curva axustada para a análise da película.o mecanismo de formación da película pasivadora.
Despois de que a tensión do circuíto aberto se estabilice, realice unha proba da curva de Mott-Schottky.Rango de exploración potencial de proba 1,0 ~ -1,0 V (vS.Ag/AgCl), velocidade de exploración 20 mV/s, frecuencia de proba establecida en 1000 Hz, sinal de excitación 5 mV.
Use a espectroscopia de fotoelectróns de raios X (XPS) (ESCALAB 250Xi, Reino Unido) para probar por pulverización catódica a composición e o estado químico da película de pasivación superficial despois da formación da película 2205 DSS e realizar un procesamento de axuste máximo de datos de medición mediante un software superior.comparado con bases de datos de espectros atómicos e literatura relacionada23 e calibrado usando C1s (284,8 eV).A morfoloxía da corrosión e a profundidade das fosas nas mostras caracterizáronse mediante un microscopio dixital óptico ultraprofundo (Zeiss Smart Zoom5, Alemaña).
Probouse a mostra co mesmo potencial (-0,6142 V rel. Ag/AgCl) polo método de potencial constante e rexistrouse a curva da corrente de corrosión co tempo.Segundo o estándar de proba CPT, a densidade de corrente de polarización aumenta gradualmente co aumento da temperatura.A figura 1 mostra a temperatura crítica de picadura de 2205 DSS nunha solución simulada que contén 100 g/L de Cl– e CO2 saturado.Pódese ver que a baixa temperatura da solución, a densidade de corrente practicamente non cambia co aumento do tempo de proba.E cando a temperatura da solución aumentou ata un determinado valor, a densidade de corrente aumentou rapidamente, o que indica que a taxa de disolución da película de pasivación aumentou co aumento da temperatura da solución.Cando a temperatura da solución sólida aumenta de 2 °C a aproximadamente 67 °C, a densidade de corrente de polarización de 2205DSS aumenta a 100 µA/cm2 e a temperatura media de picadura crítica de 2205DSS é de 66,9 °C, que é de aproximadamente 16,6 °C. superior ao 2205DSS.estándar 3,5 peso% NaCl (0,7 V)26.A temperatura de picadura crítica depende do potencial aplicado no momento da medición: canto menor sexa o potencial aplicado, maior será a temperatura de picadura crítica medida.
Curva de temperatura crítica de picadura de aceiro inoxidable dúplex 2205 nunha solución simulada que contén 100 g/L de Cl– e CO2 saturado.
Sobre a fig.A figura 2 mostra gráficos de impedancia de CA do 2205 DSS en solucións simuladas que conteñen 100 g/L de Cl- e CO2 saturado a varias temperaturas.Pódese ver que o diagrama de Nyquist do 2205DSS a varias temperaturas consiste en arcos de resistencia-capacitancia de alta frecuencia, frecuencia media e baixa frecuencia, e os arcos de resistencia-capacitancia non son semicirculares.O raio do arco capacitivo reflicte o valor da resistencia da película pasivadora e o valor da resistencia de transferencia de carga durante a reacción do electrodo.En xeral, acéptase que canto maior sexa o raio do arco capacitivo, mellor será a resistencia á corrosión do substrato metálico en solución27.A unha temperatura da solución de 30 °C, o raio do arco capacitivo no diagrama de Nyquist e o ángulo de fase no diagrama do módulo de impedancia |Z|Bode é o máis alto e a corrosión 2205 DSS é a máis baixa.A medida que aumenta a temperatura da solución, o |Z|O módulo de impedancia, o raio do arco e a resistencia da solución diminúen, ademais, o ángulo de fase tamén diminúe de 79 Ω a 58 Ω na rexión de frecuencia intermedia, mostrando un pico amplo e unha capa interna densa e unha capa exterior escasa (porosa) son os principais. características dunha película pasiva non homoxénea28.Polo tanto, a medida que aumenta a temperatura, a película pasivadora formada na superficie do substrato metálico disólvese e racha, o que debilita as propiedades protectoras do substrato e deteriora a resistencia á corrosión do material29.
Usando o software ZSimDeme para axustar os datos do espectro de impedancia, o circuíto equivalente montado móstrase na figura 330, onde Rs é a resistencia da solución simulada, Q1 é a capacitancia da película, Rf é a resistencia da película de pasivación xerada, Q2 é o dobre. capacitancia da capa e Rct é a resistencia de transferencia de carga.A partir dos resultados do encaixe na táboa.A figura 3 mostra que a medida que aumenta a temperatura da solución simulada, o valor de n1 diminúe de 0,841 a 0,769, o que indica un aumento da brecha entre os capacitores de dúas capas e unha diminución da densidade.A resistencia á transferencia de carga Rct diminuíu gradualmente de 2,958×1014 a 2,541×103 Ω cm2, o que indica unha diminución gradual da resistencia á corrosión do material.A resistencia da solución Rs diminuíu de 2,953 a 2,469 Ω cm2, e a capacidade Q2 da película pasivadora diminuíu de 5,430 10-4 a 1,147 10-3 Ω cm2, a condutividade da solución aumentou, a estabilidade da película pasivadora diminuíu. , e aumenta a disolución Cl-, SO42-, etc.) no medio, o que acelera a destrución da película pasivadora31.Isto leva a unha diminución da resistencia da película Rf (de 4662 a 849 Ω cm2) e unha diminución da resistencia de polarización Rp (Rct+Rf) formada na superficie do aceiro inoxidable dúplex.
Polo tanto, a temperatura da solución afecta a resistencia á corrosión do DSS 2205. A unha temperatura baixa da solución, prodúcese un proceso de reacción entre o cátodo e o ánodo en presenza de Fe2 +, o que contribúe á rápida disolución e corrosión do ánodo, así como a pasivación da película formada na superficie, máis completa e maior densidade, maior transferencia de carga de resistencia entre solucións, retarda a disolución da matriz metálica e presenta unha mellor resistencia á corrosión.A medida que aumenta a temperatura da solución, a resistencia á transferencia de carga Rct diminúe, a velocidade de reacción entre os ións na solución acelera e a velocidade de difusión dos ións agresivos se acelera, polo que os produtos iniciais da corrosión se forman de novo na superficie da solución. o substrato da superficie do substrato metálico.Unha película de pasivación máis fina debilita as propiedades protectoras do substrato.
Sobre a fig.A figura 4 mostra as curvas de polarización do potencial dinámico de 2205 DSS en solucións simuladas que conteñen 100 g/L de Cl– e CO2 saturado a varias temperaturas.Pódese ver na figura que cando o potencial está no intervalo de -0,4 a 0,9 V, as curvas do ánodo a diferentes temperaturas teñen rexións de pasivación obvias e o potencial de auto-corrosión é de aproximadamente -0,7 a -0,5 V. a densidade aumenta a corrente ata 100 μA/cm233 a curva do ánodo adoita chamarse potencial de picadura (Eb ou Etra).A medida que aumenta a temperatura, o intervalo de pasivación diminúe, o potencial de auto-corrosión diminúe, a densidade de corrente de corrosión tende a aumentar e a curva de polarización desprázase cara á dereita, o que indica que a película formada por DSS 2205 na solución simulada está activa. actividade.contido de 100 g/l Cl– e CO2 saturado, aumenta a sensibilidade á corrosión por picaduras, é facilmente danado por ións agresivos, o que leva a un aumento da corrosión da matriz metálica e unha diminución da resistencia á corrosión.
Pódese ver na táboa 4 que cando a temperatura aumenta de 30 °C a 45 °C, o potencial de sobrepasivación correspondente diminúe lixeiramente, pero a densidade de corrente de pasivación do tamaño correspondente aumenta significativamente, o que indica que a protección da película de pasivación baixo estes. as condicións aumentan co aumento da temperatura.Cando a temperatura alcanza os 60 °C, o potencial de picadura correspondente diminúe significativamente, e esta tendencia faise máis evidente a medida que aumenta a temperatura.Cómpre sinalar que a 75 °C aparece na figura un pico de corrente transitorio significativo, que indica a presenza de corrosión por picaduras metaestable na superficie da mostra.
Polo tanto, cun aumento da temperatura da solución, a cantidade de osíxeno disolto na solución diminúe, o valor do pH da superficie da película diminúe e a estabilidade da película pasivadora diminúe.Ademais, canto maior sexa a temperatura da solución, maior será a actividade dos ións agresivos na solución e maior será a taxa de dano na capa de película superficial do substrato.Os óxidos formados na capa de película caen facilmente e reaccionan cos catións na capa de película para formar compostos solubles, o que aumenta a probabilidade de picaduras.Dado que a capa de película rexenerada é relativamente solta, o efecto protector sobre o substrato é baixo, o que aumenta a corrosión do substrato metálico.Os resultados da proba de potencial de polarización dinámica son consistentes cos resultados da espectroscopia de impedancia.
Sobre a fig.A figura 5a mostra a curva de It para 2205 DSS nunha solución modelo que contén 100 g/L de Cl– e CO2 saturado.A densidade de corrente de pasivación en función do tempo obtívose despois da polarización a varias temperaturas durante 1 h a un potencial de -300 mV (en relación con Ag/AgCl).Pódese ver que a tendencia da densidade de corrente de pasivación de 2205 DSS ao mesmo potencial e a diferentes temperaturas é basicamente a mesma, e a tendencia diminúe gradualmente co tempo e tende a ser suave.A medida que a temperatura aumentaba gradualmente, a densidade de corrente de pasivación de 2205 DSS aumentou, o que era consistente cos resultados da polarización, o que tamén indicaba que as características protectoras da capa de película sobre o substrato metálico diminuían co aumento da temperatura da solución.
Curvas de polarización potenciostática de 2205 DSS ao mesmo potencial de formación de película e diferentes temperaturas.(a) Densidade de corrente fronte ao tempo, (b) Logaritmo de crecemento da película pasiva.
Investiga a relación entre a densidade de corrente de pasivación e o tempo a diferentes temperaturas para o mesmo potencial de formación de película, como se mostra en (1)34:
Onde i é a densidade de corrente de pasivación no potencial de formación da película, A/cm2.A é a área do electrodo de traballo, cm2.K é a pendente da curva axustada a ela.t tempo, s
Sobre a fig.A figura 5b mostra as curvas logI e logt para 2205 DSS a diferentes temperaturas ao mesmo potencial de formación de película.Segundo os datos da literatura,35 cando a liña inclina K = -1, a capa de película formada na superficie do substrato é máis densa e ten unha mellor resistencia á corrosión para o substrato metálico.E cando a liña recta inclina K = -0,5, a capa de película formada na superficie está solta, contén moitos pequenos buratos e ten unha escasa resistencia á corrosión do substrato metálico.Pódese ver que a 30 °C, 45 °C, 60 °C e 75 °C, a estrutura da capa de película cambia de poros densos a poros soltos segundo a pendente lineal seleccionada.Segundo o Modelo de Defecto Puntual (PDM)36,37 pódese ver que o potencial aplicado durante a proba non afecta á densidade de corrente, o que indica que a temperatura afecta directamente á medición da densidade de corrente do ánodo durante a proba, polo que a corrente aumenta co aumento da temperatura.solución, e a densidade de 2205 DSS aumenta e a resistencia á corrosión diminúe.
As propiedades de semicondutores da capa de película delgada formada no DSS afectan á súa resistencia á corrosión38, o tipo de semicondutor e a densidade de portadores da capa de película delgada afectan ao rachadura e picadura da capa de película delgada DSS39,40 onde a capacitancia C e E de a capa de película fina potencial cumpre a relación MS, a carga espacial do semicondutor calcúlase do seguinte xeito:
Na fórmula, ε é a permitividade da película de pasivación a temperatura ambiente, igual a 1230, ε0 é a permitividade ao baleiro, igual a 8,85 × 10–14 F/cm, E é a carga secundaria (1,602 × 10–19 C) ;ND é a densidade dos doadores de semicondutores de tipo n, cm–3, NA é a densidade de aceptores de semicondutores de tipo p, cm–3, EFB é o potencial de banda plana, V, K é a constante de Boltzmann, 1,38 × 10–3 .23 J/K, T - temperatura, K.
A pendente e a intersección da liña axustada pódense calcular axustando unha separación lineal á curva MS medida, á concentración aplicada (ND), á concentración aceptada (NA) e ao potencial de banda plana (Efb)42.
Sobre a fig.A figura 6 mostra a curva de Mott-Schottky da capa superficial dunha película 2205 DSS formada nunha solución simulada que contén 100 g/l de Cl- e saturada con CO2 a un potencial (-300 mV) durante 1 hora.Pódese ver que todas as capas de película delgada formadas a diferentes temperaturas teñen as características de semicondutores bipolares de tipo n+p.O semicondutor de tipo n ten selectividade de anións de solución, o que pode evitar que os catións de aceiro inoxidable se difundan na solución a través da película de pasivación, mentres que o semicondutor de tipo p ten selectividade de catións, o que pode evitar que os anións corrosivos na solución se crucen de pasivación. fóra na superficie do substrato 26 .Tamén se pode ver que hai unha transición suave entre as dúas curvas de axuste, a película está nun estado de banda plana e o potencial de banda plana Efb pódese usar para determinar a posición da banda de enerxía dun semicondutor e avaliar a súa electroquímica. estabilidade 43..
Segundo os resultados de axuste da curva MC que se mostran na Táboa 5, calculáronse a concentración de saída (ND) e a concentración de recepción (NA) e o potencial de banda plana Efb 44 da mesma orde de magnitude.A densidade da corrente portadora aplicada caracteriza principalmente os defectos puntuais na capa de carga espacial e o potencial de picadura da película pasivadora.Canto maior é a concentración do soporte aplicado, máis fácil se rompe a capa de película e maior é a probabilidade de corrosión do substrato45.Ademais, cun aumento gradual da temperatura da solución, a concentración do emisor ND na capa de película aumentou de 5,273 × 1020 cm-3 a 1,772 × 1022 cm-3, e a concentración do hospedador NA aumentou de 4,972 × 1021 a 4,592. ×1023.cm - como se mostra na fig.3, o potencial de banda plana aumenta de 0,021 V a 0,753 V, o número de portadores na solución aumenta, a reacción entre os ións na solución intensifica e a estabilidade da capa de película diminúe.A medida que aumenta a temperatura da solución, canto menor sexa o valor absoluto da pendente da liña aproximada, maior será a densidade de portadores na solución, maior será a taxa de difusión entre os ións e maior será o número de vacantes de ións na solución. superficie da capa de película., reducindo así o substrato metálico, a estabilidade e a resistencia á corrosión 46,47.
A composición química da película ten un efecto significativo sobre a estabilidade dos catións metálicos e o rendemento dos semicondutores, e o cambio de temperatura ten un efecto importante na formación dunha película de aceiro inoxidable.Sobre a fig.A Figura 7 mostra o espectro XPS completo da capa superficial dunha película 2205 DSS nunha solución simulada que contén 100 g/L de Cl– e CO2 saturado.Os principais elementos das películas formadas por chips a diferentes temperaturas son basicamente os mesmos, e os principais compoñentes das películas son Fe, Cr, Ni, Mo, O, N e C. Polo tanto, os principais compoñentes da capa de película son Fe , Cr, Ni, Mo, O, N e C. Recipiente con óxidos de Cr, óxidos e hidróxidos de Fe e unha pequena cantidade de óxidos de Ni e Mo.
Espectros completos de XPS 2205 DSS tomados a varias temperaturas.(a) 30°С, (b) 45°С, (c) 60°С, (d) 75°С.
A composición principal da película está relacionada coas propiedades termodinámicas dos compostos da película pasivadora.Segundo a enerxía de unión dos principais elementos da capa de película, dada na táboa.6, pódese ver que os picos espectrais característicos de Cr2p3/2 divídense en Cr0 metálico (573,7 ± 0,2 eV), Cr2O3 (574,5 ± 0,3 eV) e Cr(OH)3 (575,4 ± 0,1 eV) como que se mostra na figura 8a, na que o óxido formado polo elemento Cr é o compoñente principal da película, que xoga un papel importante na resistencia á corrosión da película e no seu rendemento electroquímico.A intensidade máxima relativa do Cr2O3 na capa de película é maior que a do Cr(OH)3.Non obstante, a medida que aumenta a temperatura da solución sólida, o pico relativo de Cr2O3 debilitase gradualmente, mentres que o pico relativo de Cr(OH)3 aumenta gradualmente, o que indica a transformación obvia do Cr3+ principal na capa de película de Cr2O3 a Cr(OH) 3, e a temperatura da solución aumenta.
A enerxía de unión dos picos do espectro característico de Fe2p3/2 consiste principalmente en catro picos do estado metálico Fe0 (706,4 ± 0,2 eV), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 eV), FeO (709,5 ± 0,1 eV ) e FeOOH (713,1 eV ). eV) ± 0,3 eV), como se mostra na figura 8b, o Fe está presente principalmente na película formada en forma de Fe2+ e Fe3+.O Fe2+ do FeO domina o Fe(II) nos picos de enerxía de unión máis baixos, mentres que os compostos FeOOH Fe3O4 e Fe(III) dominan nos picos de enerxía de unión máis altos48,49.A intensidade relativa do pico de Fe3+ é maior que a do Fe2+, pero a intensidade relativa do pico de Fe3+ diminúe co aumento da temperatura da solución, e a intensidade relativa do pico de Fe2+ aumenta, o que indica un cambio na substancia principal na capa de película de Fe3+ a Fe2+ para aumentar a temperatura da solución.
Os picos espectrais característicos de Mo3d5/2 consisten principalmente en dúas posicións de pico Mo3d5/2 e Mo3d3/243,50, mentres que Mo3d5/2 inclúe Mo metálico (227,5 ± 0,3 eV), Mo4+ (228,9 ± 0,2 eV) e Mo6+ ( ± 220,4 eV) ), mentres que Mo3d3/2 tamén contén Mo metálico (230,4 ± 0,1 eV), Mo4+ (231,5 ± 0,2 eV) e Mo6+ (232, 8 ± 0,1 eV) como se mostra na Figura 8c, polo que os elementos Mo existen nas tres valencias. estado da capa de película.As enerxías de unión dos picos espectrais característicos de Ni2p3/2 consisten en Ni0 (852,4 ± 0,2 eV) e NiO (854,1 ± 0,2 eV), como se mostra na figura 8g respectivamente.O pico característico de N1s consiste en N (399,6 ± 0,3 eV), como se mostra na figura 8d.Os picos de O1 característicos inclúen O2- (529,7 ± 0,2 eV), OH- (531,2 ± 0,2 eV) e H2O (531,8 ± 0,3 eV), como se mostra na figura. Os principais compoñentes da capa de película son (OH- e O2 -) , que se usan principalmente para a oxidación ou oxidación do hidróxeno de Cr e Fe na capa de película.A intensidade máxima relativa do OH- aumentou significativamente a medida que a temperatura aumentou de 30 °C a 75 °C.Polo tanto, cun aumento da temperatura, a composición principal do material de O2- na capa de película cambia de O2- a OH- e O2-.
Sobre a fig.A Figura 9 mostra a morfoloxía da superficie microscópica da mostra 2205 DSS despois da polarización do potencial dinámico nunha solución modelo que contén 100 g/L de Cl– e CO2 saturado.Pódese ver que na superficie das mostras polarizadas a diferentes temperaturas, hai pozos de corrosión de distintos graos, isto ocorre nunha solución de ións agresivos e, co aumento da temperatura da solución, prodúcese unha corrosión máis grave na superficie. superficie das mostras.substrato.Aumenta o número de pozos por unidade de superficie e a profundidade dos centros de corrosión.
Curvas de corrosión de 2205 DSS en solucións modelo que conteñen 100 g/l de Cl– e CO2 saturado a diferentes temperaturas (a) 30 °C, (b) 45 °C, (c) 60 °C, (d) 75 °C c .
Polo tanto, un aumento da temperatura aumentará a actividade de cada compoñente do DSS, así como aumentará a actividade dos ións agresivos nun ambiente agresivo, causando un certo grao de dano na superficie da mostra, o que aumentará a actividade de picaduras., e aumentará a formación de pozos de corrosión.A taxa de formación do produto aumentará e a resistencia á corrosión do material diminuirá51,52,53,54,55.
Sobre a fig.A figura 10 mostra a morfoloxía e a profundidade de picadura dunha mostra 2205 DSS polarizada cun microscopio dixital óptico de profundidade de campo ultra alta.Da fig.A figura 10a mostra que tamén apareceron pozos de corrosión máis pequenos ao redor de pozos grandes, o que indica que a película de pasivación da superficie da mostra foi parcialmente destruída coa formación de pozos de corrosión a unha determinada densidade de corrente, e a profundidade máxima de picadura foi de 12,9 µm.como se mostra na figura 10b.
DSS mostra unha mellor resistencia á corrosión, a razón principal é que a película formada na superficie do aceiro está ben protexida en solución, Mott-Schottky, segundo os resultados XPS anteriores e a literatura relacionada 13,56,57,58, a película principalmente pasa polo seguinte Este é o proceso de oxidación de Fe e Cr.
O Fe2+ disólvese e precipita facilmente na interface 53 entre a película e a solución, e o proceso de reacción catódica é o seguinte:
No estado corroído, fórmase unha película estrutural de dúas capas, que consiste principalmente nunha capa interna de óxidos de ferro e cromo e unha capa exterior de hidróxido, e adoitan crecer ións nos poros da película.A composición química da película pasivadora está relacionada coas súas propiedades de semicondutores, como evidencia a curva de Mott-Schottky, o que indica que a composición da película pasivadora é de tipo n+p e ten características bipolares.Os resultados de XPS mostran que a capa exterior da película de pasivación está composta principalmente por óxidos de Fe e hidróxidos que presentan propiedades de semicondutores de tipo n, e a capa interna está composta principalmente de óxidos de Cr e hidróxidos que presentan propiedades de semicondutores de tipo p.
2205 DSS ten unha alta resistividade debido ao seu alto contido en Cr17.54 e presenta diferentes graos de picadura debido á corrosión galvánica microscópica55 entre estruturas dúplex.A corrosión por picadura é un dos tipos máis comúns de corrosión no DSS, e a temperatura é un dos factores importantes que inflúen no comportamento da corrosión por picadura e ten un impacto nos procesos termodinámicos e cinéticos da reacción DSS60,61.Normalmente, nunha solución simulada cunha alta concentración de Cl– e CO2 saturado, a temperatura tamén afecta a formación de picaduras e o inicio de fisuras durante a fisuración por corrosión por tensión baixo a fisuración por corrosión por tensión, e determínase a temperatura crítica de picadura para avaliar a resistencia á corrosión.DSS.O material, que reflicte a sensibilidade da matriz metálica á temperatura, úsase habitualmente como unha referencia importante na selección de materiais en aplicacións de enxeñería.A temperatura media de picadura crítica de 2205 DSS na solución simulada é de 66,9 °C, o que é 25,6 °C superior á do aceiro inoxidable Super 13Cr cun 3,5% de NaCl, pero a profundidade máxima de picadura alcanzou os 12,9 µm62.Os resultados electroquímicos confirmaron ademais que as rexións horizontais do ángulo de fase e da frecuencia se estreitan co aumento da temperatura, e a medida que o ángulo de fase diminúe de 79° a 58°, o valor do |Z|diminúe de 1,26×104 a 1,58×103 Ω cm2.a resistencia de transferencia de carga Rct diminuíu de 2,958 1014 a 2,541 103 Ω cm2, a resistencia da solución Rs diminuíu de 2,953 a 2,469 Ω cm2, a resistencia da película Rf diminuíu de 5,430 10-4 cm2 a 1,147 10-3 cm2.A condutividade da solución agresiva aumenta, a estabilidade da capa de película de matriz metálica diminúe, disólvese e racha facilmente.A densidade de corrente de autocorrosión aumentou de 1,482 a 2,893 × 10-6 A cm-2, e o potencial de autocorrosión diminuíu de -0,532 a -0,621 V.Pódese ver que o cambio de temperatura afecta á integridade e densidade da capa de película.
Pola contra, unha alta concentración de Cl- e unha solución saturada de CO2 aumentan gradualmente a capacidade de adsorción de Cl- na superficie da película de pasivación co aumento da temperatura, a estabilidade da película de pasivación faise inestable e o efecto protector sobre o o substrato faise máis débil e aumenta a susceptibilidade ás picaduras.Neste caso, a actividade dos ións corrosivos na solución aumenta, o contido de osíxeno diminúe e a película superficial do material corroído é difícil de recuperar rapidamente, o que crea condicións máis favorables para unha maior adsorción de ións corrosivos na superficie.Redución de material63.Robinson et al.[64] mostraron que cun aumento da temperatura da solución, a taxa de crecemento das fosas acelera, e a taxa de difusión dos ións na solución tamén aumenta.Cando a temperatura sobe a 65 °C, a disolución do osíxeno nunha solución que contén ións Cl- ralentiza o proceso de reacción catódica, a velocidade de picadura redúcese.Han20 investigou o efecto da temperatura no comportamento á corrosión do aceiro inoxidable dúplex 2205 nun ambiente de CO2.Os resultados mostraron que un aumento da temperatura aumentou a cantidade de produtos de corrosión e a área de cavidades de contracción na superficie do material.Do mesmo xeito, cando a temperatura sobe a 150 °C, a película de óxido na superficie rompe e a densidade dos cráteres é a máis alta.Lu4 investigou o efecto da temperatura no comportamento á corrosión do aceiro inoxidable dúplex 2205 desde a pasivación ata a activación nun ambiente xeotérmico que contén CO2.Os seus resultados mostran que a unha temperatura de proba inferior a 150 °C, a película formada ten unha estrutura amorfa característica e a interface interna contén unha capa rica en níquel e, a unha temperatura de 300 °C, o produto de corrosión resultante ten unha estrutura a nanoescala. .-FeCr2O4, CrOOH e NiFe2O4 policristalino.
Sobre a fig.11 é un diagrama do proceso de corrosión e formación de película de 2205 DSS.Antes do seu uso, o 2205 DSS forma unha película pasivadora na atmosfera.Despois de estar inmersa nun ambiente que simula unha disolución que contén solucións cun alto contido en Cl- e CO2, a súa superficie vese rapidamente rodeada por diversos ións agresivos (Cl-, CO32-, etc.).).J. Banas 65 chegou á conclusión de que nun ambiente onde o CO2 está presente simultaneamente, a estabilidade da película pasivadora na superficie do material diminuirá co tempo e o ácido carbónico formado tende a aumentar a condutividade dos ións na pasivación. capa.película e aceleración da disolución dos ións nunha película pasivadora.película pasivadora.Así, a capa de película na superficie da mostra atópase nunha fase de equilibrio dinámico de disolución e repasivación66, o Cl- reduce a taxa de formación da capa de película superficial e aparecen pequenas fosas na área adxacente da superficie da película, xa que mostrado na Figura 3. Mostrar.Como se mostra nas figuras 11a e b, aparecen ao mesmo tempo minúsculas fosas de corrosión inestables.A medida que aumenta a temperatura, a actividade dos ións corrosivos en solución sobre a capa de película aumenta e a profundidade das pequenas fosas inestables aumenta ata que a capa de película é completamente penetrada pola transparente, como se mostra na Figura 11c.Cun aumento adicional da temperatura do medio de disolución, o contido de CO2 disolto na solución acelera, o que leva a unha diminución do valor do pH da solución, un aumento da densidade dos pequenos pozos de corrosión inestables na superficie SPP. , a profundidade das fosas de corrosión iniciais se expande e afonda, e a película de pasivación na superficie da mostra A medida que diminúe o espesor, a pasivación da película faise máis propensa a picarse como se mostra na Figura 11d.E os resultados electroquímicos confirmaron ademais que o cambio de temperatura ten un certo efecto sobre a integridade e densidade da película.Así, pódese ver que a corrosión en solucións saturadas con CO2 que conteñen altas concentracións de Cl- é significativamente diferente da corrosión en solucións que conteñen baixas concentracións de Cl-67,68.
Proceso de corrosión 2205 DSS coa formación e destrución dunha nova película.(a) Proceso 1, (b) Proceso 2, (c) Proceso 3, (d) Proceso 4.
A temperatura crítica media de picadura de 2205 DSS nunha solución simulada que contén 100 g/l de Cl– e CO2 saturado é de 66,9 ℃, e a profundidade máxima de picadura é de 12,9 µm, o que reduce a resistencia á corrosión do 2205 DSS e aumenta a sensibilidade á picadura.aumento da temperatura.
Hora de publicación: 16-feb-2023