Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Gumagamit ka ng bersyon ng browser na may limitadong suporta sa CSS.Para sa pinakamagandang karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o huwag paganahin ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Bilang karagdagan, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipinapakita namin ang site na walang mga istilo at JavaScript.
Nagpapakita ng carousel ng tatlong slide nang sabay-sabay.Gamitin ang Nakaraang at Susunod na mga pindutan upang lumipat sa tatlong mga slide sa isang pagkakataon, o gamitin ang mga pindutan ng slider sa dulo upang lumipat sa tatlong mga slide sa isang pagkakataon.
Ang Duplex 2205 stainless steel (DSS) ay may magandang corrosion resistance dahil sa tipikal na duplex structure nito, ngunit ang lalong malupit na CO2-containing oil at gas environment ay nagreresulta sa iba't ibang antas ng corrosion, lalo na ang pitting, na seryosong nagbabanta sa kaligtasan at pagiging maaasahan ng langis at natural. mga aplikasyon ng gas.pag-unlad ng gas.Sa gawaing ito, isang immersion test at isang electrochemical test ang ginagamit kasama ng laser confocal microscopy at X-ray photoelectron spectroscopy.Ang mga resulta ay nagpakita na ang average na kritikal na temperatura para sa pitting 2205 DSS ay 66.9 °C.Kapag ang temperatura ay mas mataas kaysa sa 66.9 ℃, ang pitting breakdown potential, ang passivation interval at ang self-corrosion potential ay nababawasan, ang laki ng passivation current density ay tumataas, at ang pitting sensitivity ay tumataas.Sa karagdagang pagtaas ng temperatura, ang radius ng capacitive arc 2205 DSS ay bumababa, ang surface resistance at charge transfer resistance ay unti-unting bumababa, at ang density ng donor at acceptor carrier sa film layer ng produkto na may n + p-bipolar na katangian din. tumataas, ang nilalaman ng Cr oxides sa panloob na layer ng pelikula ay bumababa, pinatataas ang nilalaman ng Fe oxides sa panlabas na layer, ang paglusaw ng film layer ay tumataas, ang katatagan ay bumababa, ang bilang ng mga hukay at ang laki ng butas ng butas.
Sa konteksto ng mabilis na pag-unlad ng ekonomiya at panlipunan at panlipunang pag-unlad, ang pangangailangan para sa mga mapagkukunan ng langis at gas ay patuloy na lumalaki, na pinipilit ang pag-unlad ng langis at gas na unti-unting lumipat sa timog-kanluran at malayo sa pampang na mga lugar na may mas malubhang kondisyon at kapaligiran, kaya ang mga kondisyon ng pagpapatakbo ng ang downhole tubing ay nagiging mas malala..Pagkasira 1,2,3.Sa larangan ng paggalugad ng langis at gas, kapag ang pagtaas sa CO2 4 at kaasinan at chlorine na nilalaman 5, 6 sa ginawang likido, ang ordinaryong 7 carbon steel pipe ay napapailalim sa malubhang kaagnasan, kahit na ang mga inhibitor ng kaagnasan ay pumped sa string ng pipe, ang kaagnasan ay hindi maaaring epektibong sugpuin ang bakal ay hindi na makakatugon sa mga kinakailangan ng pangmatagalang operasyon sa malupit na kinakaing CO28,9,10 na kapaligiran.Ang mga mananaliksik ay bumaling sa duplex stainless steels (DSS) na may mas mahusay na resistensya sa kaagnasan.2205 DSS, ang nilalaman ng ferrite at austenite sa bakal ay humigit-kumulang 50%, ay may mahusay na mekanikal na mga katangian at paglaban sa kaagnasan, ang ibabaw ng passivation film ay siksik, may mahusay na pare-parehong paglaban sa kaagnasan, ang presyo ay mas mababa kaysa sa nickel-based na mga haluang metal 11 , 12. Kaya, ang 2205 DSS ay karaniwang ginagamit bilang pressure vessel sa corrosive na kapaligiran, oil well casing sa corrosive CO2 environment, water cooler para sa condensing system sa offshore oil at chemical fields 13, 14, 15, ngunit 2205 DSS ay maaari ding magkaroon ng corrosive perforation sa serbisyo.
Sa kasalukuyan, maraming pag-aaral ng CO2- at Cl-pitting corrosion 2205 DSS ang isinagawa sa bansa at sa ibang bansa [16,17,18].Nalaman ng Ebrahimi19 na ang pagdaragdag ng potassium dichromate salt sa isang NaCl solution ay maaaring makapigil sa 2205 DSS pitting, at ang pagtaas ng konsentrasyon ng potassium dichromate ay nagpapataas ng kritikal na temperatura ng 2205 DSS pitting.Gayunpaman, tumataas ang potensyal ng pitting ng 2205 DSS dahil sa pagdaragdag ng isang tiyak na konsentrasyon ng NaCl sa potassium dichromate at bumababa sa pagtaas ng konsentrasyon ng NaCl.Ipinapakita ng Han20 na sa 30 hanggang 120°C, ang istraktura ng 2205 DSS passivating film ay pinaghalong Cr2O3 inner layer, FeO outer layer, at rich Cr;kapag ang temperatura ay tumaas sa 150 °C, ang passivation film ay natutunaw., ang panloob na istraktura ay nagbabago sa Cr2O3 at Cr(OH)3, at ang panlabas na layer ay nagbabago sa Fe(II,III) oxide at Fe(III) hydroxide.Nalaman ng Peguet21 na ang nakatigil na pitting ng S2205 na hindi kinakalawang na asero sa NaCl solution ay karaniwang nangyayari hindi mas mababa sa kritikal na pitting temperature (CPT) ngunit sa transformation temperature range (TTI).Napagpasyahan ni Thiadi22 na habang tumataas ang konsentrasyon ng NaCl, ang resistensya ng kaagnasan ng S2205 DSS ay makabuluhang bumababa, at mas negatibo ang inilapat na potensyal, mas malala ang resistensya ng kaagnasan ng materyal.
Sa artikulong ito, ginamit ang dinamikong potensyal na pag-scan, impedance spectroscopy, patuloy na potensyal, Mott-Schottky curve at optical electron microscopy upang pag-aralan ang epekto ng mataas na kaasinan, mataas na konsentrasyon ng Cl-at temperatura sa pag-uugali ng kaagnasan ng 2205 DSS.at photoelectron spectroscopy, na nagbibigay ng teoretikal na batayan para sa ligtas na operasyon ng 2205 DSS sa mga kapaligiran ng langis at gas na naglalaman ng CO2.
Ang materyal sa pagsubok ay pinili mula sa solution treated steel 2205 DSS (steel grade 110ksi), at ang pangunahing kemikal na komposisyon ay ipinapakita sa Talahanayan 1.
Ang laki ng electrochemical sample ay 10 mm × 10 mm × 5 mm, nililinis ito ng acetone upang alisin ang langis at ganap na ethanol at tuyo.Ang likod ng piraso ng pagsubok ay ibinebenta upang ikonekta ang naaangkop na haba ng tansong kawad.Pagkatapos ng welding, gumamit ng multimeter (VC9801A) upang suriin ang electrical conductivity ng welded test piece, at pagkatapos ay i-seal ang hindi gumaganang surface gamit ang epoxy.Gumamit ng 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# silicon carbide water sandpaper upang pakinisin ang work surface sa polishing machine na may 0.25um polishing agent hanggang ang surface roughness Ra≤1.6um, at sa wakas ay linisin at ilagay sa thermostat .
Ginamit ang isang Priston (P4000A) electrochemical workstation na may three-electrode system.Ang isang platinum electrode (Pt) na may isang lugar na 1 cm2 ay nagsilbing auxiliary electrode, isang DSS 2205 (na may isang lugar na 1 cm2) ay ginamit bilang isang gumaganang elektrod, at isang reference electrode (Ag/AgCl) ay ginamit.Ang modelong solusyon na ginamit sa pagsubok ay inihanda ayon sa (Talahanayan 2).Bago ang pagsubok, ang isang high-purity na solusyon sa N2 (99.99%) ay ipinasa sa loob ng 1 oras, at pagkatapos ay ipinasa ang CO2 sa loob ng 30 min upang ma-deoxygenate ang solusyon., at CO2 sa solusyon ay palaging nasa isang estado ng saturation.
Una, ilagay ang sample sa tangke na naglalaman ng solusyon sa pagsubok, at ilagay ito sa isang pare-pareho ang temperatura na paliguan ng tubig.Ang paunang setting ng temperatura ay 2°C, at ang pagtaas ng temperatura ay kinokontrol sa bilis na 1°C/min, at ang hanay ng temperatura ay kinokontrol.sa 2-80°C.Celsius.Ang pagsubok ay nagsisimula sa isang pare-parehong potensyal (-0.6142 Vs.Ag/AgCl) at ang test curve ay isang It curve.Ayon sa pamantayan ng pagsubok sa temperatura ng kritikal na pitting, maaaring malaman ang curve ng It.Ang temperatura kung saan ang kasalukuyang density ay tumataas sa 100 μA/cm2 ay tinatawag na kritikal na temperatura ng pitting.Ang average na kritikal na temperatura para sa pitting ay 66.9 °C.Ang mga temperatura ng pagsubok para sa polarization curve at ang impedance spectrum ay pinili na 30°C, 45°C, 60°C at 75°C, ayon sa pagkakabanggit, at ang pagsubok ay inulit ng tatlong beses sa ilalim ng parehong mga kundisyon ng sample upang mabawasan ang mga posibleng paglihis.
Ang isang metal na sample na nakalantad sa solusyon ay unang na-polarize sa isang cathode potential (-1.3 V) sa loob ng 5 min bago subukan ang potentiodynamic polarization curve upang maalis ang oxide film na nabuo sa gumaganang ibabaw ng sample, at pagkatapos ay sa isang open circuit potential ng 1 h hanggang sa hindi maitatag ang boltahe ng kaagnasan.Ang rate ng pag-scan ng dynamic na potensyal na curve ng polarization ay itinakda sa 0.333mV/s, at ang potensyal na pagitan ng pag-scan ay itinakda sa -0.3~1.2V kumpara sa OCP.Upang matiyak ang katumpakan ng pagsubok, ang parehong mga kondisyon ng pagsubok ay inulit ng 3 beses.
Impedance spectrum testing software – Versa Studio.Ang pagsubok ay unang isinagawa sa isang matatag na potensyal na bukas-circuit, ang amplitude ng alternating boltahe ng kaguluhan ay itinakda sa 10 mV, at ang dalas ng pagsukat ay itinakda sa 10–2–105 Hz.spectrum data pagkatapos ng pagsubok.
Kasalukuyang proseso ng pagsubok ng curve ng oras: pumili ng iba't ibang mga potensyal ng passivation ayon sa mga resulta ng anodic polarization curve, sukatin ang It curve sa pare-parehong potensyal, at magkasya ang double logarithm curve upang kalkulahin ang slope ng fitted curve para sa pagsusuri ng pelikula.ang mekanismo ng pagbuo ng passivating film.
Pagkatapos mag-stabilize ng open circuit voltage, magsagawa ng Mott-Schottky curve test.Test potential scan range 1.0~-1.0V (vS.Ag/AgCl), scan rate 20mV/s, test frequency set sa 1000Hz, excitation signal 5mV.
Gumamit ng X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) (ESCALAB 250Xi, UK) para masuri ang komposisyon at kemikal na estado ng surface passivation film pagkatapos ng 2205 DSS film formation at magsagawa ng pagsukat ng data ng peak-fit processing gamit ang superyor na software.kumpara sa mga database ng atomic spectra at kaugnay na literatura23 at na-calibrate gamit ang C1s (284.8 eV).Ang morpolohiya ng kaagnasan at ang lalim ng mga hukay sa mga sample ay nailalarawan gamit ang isang ultra-deep optical digital microscope (Zeiss Smart Zoom5, Germany).
Ang sample ay sinubukan sa parehong potensyal (-0.6142 V rel. Ag/AgCl) sa pamamagitan ng pare-parehong potensyal na paraan at ang corrosion current curve ay naitala sa oras.Ayon sa pamantayan ng pagsubok ng CPT, ang polarization current density ay unti-unting tumataas sa pagtaas ng temperatura.Ipinapakita ng 1 ang kritikal na temperatura ng pitting ng 2205 DSS sa isang simulate na solusyon na naglalaman ng 100 g/L Cl– at saturated CO2.Makikita na sa mababang temperatura ng solusyon, ang kasalukuyang density ay halos hindi nagbabago sa pagtaas ng oras ng pagsubok.At kapag ang temperatura ng solusyon ay tumaas sa isang tiyak na halaga, ang kasalukuyang density ay tumaas nang mabilis, na nagpapahiwatig na ang rate ng paglusaw ng passivating film ay tumaas sa pagtaas ng temperatura ng solusyon.Kapag ang temperatura ng solidong solusyon ay tumaas mula 2°C hanggang 67°C, ang polarization current density ng 2205DSS ay tataas sa 100µA/cm2, at ang average na kritikal na pitting temperature ng 2205DSS ay 66.9°C, na humigit-kumulang 16.6°C mas mataas kaysa sa 2205DSS.karaniwang 3.5 wt.% NaCl (0.7 V)26.Ang kritikal na temperatura ng pitting ay nakasalalay sa inilapat na potensyal sa oras ng pagsukat: mas mababa ang inilapat na potensyal, mas mataas ang sinusukat na kritikal na temperatura ng pitting.
Pitting critical temperature curve ng 2205 duplex stainless steel sa isang simulate na solusyon na naglalaman ng 100 g/L Cl– at saturated CO2.
Sa fig.Ang 2 ay nagpapakita ng mga plot ng ac impedance ng 2205 DSS sa mga simulate na solusyon na naglalaman ng 100 g/L Cl- at saturated CO2 sa iba't ibang temperatura.Makikita na ang Nyquist diagram ng 2205DSS sa iba't ibang temperatura ay binubuo ng high-frequency, mid-frequency at low-frequency resistance-capacitance arcs, at ang resistance-capacitance arcs ay hindi kalahating bilog.Ang radius ng capacitive arc ay sumasalamin sa halaga ng paglaban ng passivating film at ang halaga ng paglaban sa paglilipat ng singil sa panahon ng reaksyon ng elektrod.Karaniwang tinatanggap na mas malaki ang radius ng capacitive arc, mas mahusay ang corrosion resistance ng metal substrate sa solusyon27.Sa temperatura ng solusyon na 30 °C, ang radius ng capacitive arc sa Nyquist diagram at ang anggulo ng phase sa diagram ng impedance modulus |Z|Ang Bode ang pinakamataas at ang 2205 DSS corrosion ang pinakamababa.Habang tumataas ang temperatura ng solusyon, ang |Z|impedance modulus, arc radius at pagbaba ng resistensya ng solusyon, bilang karagdagan, ang anggulo ng phase ay bumababa din mula 79 Ω hanggang 58 Ω sa rehiyon ng intermediate frequency, na nagpapakita ng isang malawak na rurok at isang siksik na panloob na layer at isang kalat-kalat (buhaghag) panlabas na layer ay ang pangunahing mga tampok ng isang inhomogeneous passive film28.Samakatuwid, habang ang temperatura ay tumataas, ang passivating film na nabuo sa ibabaw ng metal substrate ay natutunaw at nabibitak, na nagpapahina sa mga proteksiyon na katangian ng substrate at lumalala sa corrosion resistance ng materyal29.
Gamit ang software ng ZSimDeme upang magkasya ang data ng impedance spectrum, ang fitted na katumbas na circuit ay ipinapakita sa Fig. 330, kung saan ang Rs ay ang simulate solution resistance, ang Q1 ay ang film capacitance, ang Rf ay ang resistance ng nabuong passivating film, ang Q2 ay ang double layer capacitance, at ang Rct ay ang charge transfer resistance.Mula sa mga resulta ng pag-angkop sa talahanayan.Ipinapakita ng 3 na habang tumataas ang temperatura ng kunwa na solusyon, bumababa ang halaga ng n1 mula 0.841 hanggang 0.769, na nagpapahiwatig ng pagtaas ng agwat sa pagitan ng dalawang-layer na capacitor at pagbaba ng density.Ang paglaban sa paglilipat ng singil Rct ay unti-unting bumaba mula 2.958 × 1014 hanggang 2.541 × 103 Ω cm2, na nagpahiwatig ng unti-unting pagbaba sa resistensya ng kaagnasan ng materyal.Ang paglaban ng solusyon Rs ay bumaba mula 2.953 hanggang 2.469 Ω cm2, at ang capacitance Q2 ng passivating film ay bumaba mula 5.430 10-4 hanggang 1.147 10-3 Ω cm2, ang conductivity ng solusyon ay tumaas, ang katatagan ng passivating film ay nabawasan. , at ang solusyon Cl-, SO42-, atbp.) sa daluyan ay tumataas, na nagpapabilis sa pagkasira ng passive na pelikula31.Ito ay humahantong sa pagbaba sa film resistance Rf (mula 4662 hanggang 849 Ω cm2) at pagbaba sa polarization resistance Rp (Rct+Rf) na nabuo sa ibabaw ng duplex na hindi kinakalawang na asero.
Samakatuwid, ang temperatura ng solusyon ay nakakaapekto sa corrosion resistance ng DSS 2205. Sa isang mababang temperatura ng solusyon, ang isang proseso ng reaksyon ay nangyayari sa pagitan ng katod at anode sa pagkakaroon ng Fe2 +, na nag-aambag sa mabilis na pagkatunaw at kaagnasan ng anode, pati na rin ang passivation ng pelikula na nabuo sa ibabaw, mas kumpleto at mas mataas na Densidad, higit na paglaban sa paglipat ng singil sa pagitan ng mga solusyon, pinapabagal ang paglusaw ng metal matrix at nagpapakita ng mas mahusay na paglaban sa kaagnasan.Habang tumataas ang temperatura ng solusyon, bumababa ang paglaban sa paglilipat ng singil Rct, bumibilis ang rate ng reaksyon sa pagitan ng mga ion sa solusyon, at bumibilis ang rate ng pagsasabog ng mga agresibong ion, upang ang mga paunang produkto ng kaagnasan ay muling nabuo sa ibabaw ng ang substrate mula sa ibabaw ng metal substrate.Ang isang mas manipis na passivating film ay nagpapahina sa mga proteksiyon na katangian ng substrate.
Sa fig.Ipinapakita ng Figure 4 ang dynamic na potensyal na polarization curves ng 2205 DSS sa mga simulate na solusyon na naglalaman ng 100 g/L Cl– at saturated CO2 sa iba't ibang temperatura.Ito ay makikita mula sa figure na kapag ang potensyal ay nasa hanay mula -0.4 hanggang 0.9 V, ang anode curves sa iba't ibang temperatura ay may malinaw na mga rehiyon ng passivation, at ang self-corrosion potential ay humigit-kumulang -0.7 hanggang -0.5 V. Bilang ang pinapataas ng density ang kasalukuyang hanggang 100 μA/cm233 ang anode curve ay karaniwang tinatawag na pitting potential (Eb o Etra).Habang tumataas ang temperatura, bumababa ang passivation interval, bumababa ang self-corrosion potential, ang corrosion current density ay may posibilidad na tumaas, at ang polarization curve ay lumilipat pababa sa kanan, na nagpapahiwatig na ang pelikulang nabuo ng DSS 2205 sa simulate na solusyon ay aktibo. aktibidad.nilalaman ng 100 g/l Cl– at saturated CO2, nagpapataas ng sensitivity sa pitting corrosion, ay madaling masira ng mga agresibong ions, na humahantong sa pagtaas ng corrosion ng metal matrix at pagbaba ng corrosion resistance.
Makikita mula sa Talahanayan 4 na kapag ang temperatura ay tumaas mula 30°C hanggang 45°C, ang kaukulang overpassivation na potensyal ay bumababa nang bahagya, ngunit ang passive current density ng katumbas na laki ay tumataas nang malaki, na nagpapahiwatig na ang proteksyon ng passivating film sa ilalim ng mga ito. tumataas ang mga kondisyon sa pagtaas ng temperatura.Kapag ang temperatura ay umabot sa 60°C, ang kaukulang pitting potential ay bumababa nang malaki, at ang trend na ito ay nagiging mas maliwanag habang tumataas ang temperatura.Dapat tandaan na sa 75°C isang makabuluhang lumilipas na kasalukuyang peak ang lilitaw sa figure, na nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng metastable pitting corrosion sa sample surface.
Samakatuwid, sa pagtaas ng temperatura ng solusyon, bumababa ang dami ng oxygen na natunaw sa solusyon, bumababa ang halaga ng pH ng ibabaw ng pelikula, at bumababa ang katatagan ng passivating film.Bilang karagdagan, mas mataas ang temperatura ng solusyon, mas mataas ang aktibidad ng mga agresibong ion sa solusyon at mas mataas ang rate ng pinsala sa ibabaw na layer ng pelikula ng substrate.Ang mga oxide na nabuo sa layer ng pelikula ay madaling nahuhulog at tumutugon sa mga cation sa layer ng pelikula upang bumuo ng mga natutunaw na compound, na nagpapataas ng posibilidad ng pitting.Dahil ang regenerated film layer ay medyo maluwag, ang proteksiyon na epekto sa substrate ay mababa, na nagpapataas ng kaagnasan ng metal substrate.Ang mga resulta ng dynamic na polarization potential na pagsubok ay pare-pareho sa mga resulta ng impedance spectroscopy.
Sa fig.Ipinapakita ng Figure 5a na ito ay nagkurba para sa 2205 DSS sa isang modelong solusyon na naglalaman ng 100 g/L Cl– at saturated CO2.Ang kasalukuyang density ng passivation bilang isang function ng oras ay nakuha pagkatapos ng polariseysyon sa iba't ibang mga temperatura para sa 1 h sa isang potensyal na -300 mV (na may kaugnayan sa Ag / AgCl).Ito ay makikita na ang passivation kasalukuyang density trend ng 2205 DSS sa parehong potensyal at iba't ibang mga temperatura ay karaniwang pareho, at ang trend ay unti-unting bumababa sa oras at may posibilidad na maging makinis.Habang unti-unting tumaas ang temperatura, tumaas ang kasalukuyang density ng passivation ng 2205 DSS, na naaayon sa mga resulta ng polariseysyon, na nagpapahiwatig din na ang mga proteksiyon na katangian ng layer ng pelikula sa substrate ng metal ay nabawasan sa pagtaas ng temperatura ng solusyon.
Potentiostatic polarization curves ng 2205 DSS sa parehong potensyal na pagbuo ng pelikula at magkakaibang temperatura.(a) Kasalukuyang density laban sa oras, (b) Passive film growth logarithm.
Siyasatin ang kaugnayan sa pagitan ng kasalukuyang density ng passivation at oras sa iba't ibang temperatura para sa parehong potensyal na pagbuo ng pelikula, tulad ng ipinapakita sa (1)34:
Kung saan ang i ay ang kasalukuyang density ng passivation sa potensyal ng pagbuo ng pelikula, A/cm2.Ang A ay ang lugar ng gumaganang elektrod, cm2.Ang K ay ang slope ng curve na nilagyan nito.t oras, s
Sa fig.Ang 5b ay nagpapakita ng logI at logt curves para sa 2205 DSS sa iba't ibang temperatura sa parehong potensyal na pagbuo ng pelikula.Ayon sa literatura data,35 kapag ang linya slope K = -1, ang film layer na nabuo sa ibabaw ng substrate ay mas siksik at may mas mahusay na corrosion resistance sa metal substrate.At kapag ang tuwid na linya ay slope K = -0.5, ang film layer na nabuo sa ibabaw ay maluwag, naglalaman ng maraming maliliit na butas at may mahinang corrosion resistance sa metal substrate.Makikita na sa 30°C, 45°C, 60°C, at 75°C, ang istraktura ng film layer ay nagbabago mula sa siksik na mga pores hanggang sa maluwag na mga pores alinsunod sa napiling linear slope.Ayon sa Point Defect Model (PDM)36,37 makikita na ang inilapat na potensyal sa panahon ng pagsubok ay hindi nakakaapekto sa kasalukuyang density, na nagpapahiwatig na ang temperatura ay direktang nakakaapekto sa pagsukat ng anode kasalukuyang density sa panahon ng pagsubok, kaya ang kasalukuyang tumataas kasabay ng pagtaas ng temperatura.solusyon, at ang density ng 2205 DSS ay tumataas, at bumababa ang resistensya ng kaagnasan.
Ang mga katangian ng semiconductor ng thin film layer na nabuo sa DSS ay nakakaapekto sa corrosion resistance38, ang uri ng semiconductor at ang carrier density ng thin film layer ay nakakaapekto sa cracking at pitting ng thin film layer DSS39,40 kung saan ang capacitance C at E ng ang potensyal na thin film layer ay nakakatugon sa kaugnayan ng MS, ang space charge ng semiconductor ay kinakalkula sa sumusunod na paraan:
Sa formula, ang ε ay ang permittivity ng passivating film sa room temperature, katumbas ng 1230, ε0 ang vacuum permittivity, katumbas ng 8.85 × 10–14 F/cm, E ang pangalawang charge (1.602 × 10–19 C) ;Ang ND ay ang density ng mga donor ng n-type na semiconductor, cm–3, ang NA ay ang acceptor density ng p-type semiconductor, cm–3, ang EFB ay ang potensyal na flat-band, V, K ay ang pare-pareho ng Boltzmann, 1.38 × 10–3 .23 J/K, T – temperatura, K.
Ang slope at intercept ng fitted line ay maaaring kalkulahin sa pamamagitan ng paglalagay ng linear separation sa sinusukat na MS curve, inilapat na konsentrasyon (ND), tinatanggap na konsentrasyon (NA), at flat band potential (Efb)42.
Sa fig.6 ay nagpapakita ng Mott-Schottky curve ng ibabaw na layer ng isang 2205 DSS film na nabuo sa isang simulate na solusyon na naglalaman ng 100 g/l Cl- at puspos ng CO2 sa potensyal (-300 mV) sa loob ng 1 oras.Makikita na ang lahat ng thin-film layer na nabuo sa iba't ibang temperatura ay may mga katangian ng n+p-type na bipolar semiconductors.Ang n-type na semiconductor ay may solution anion selectivity, na maaaring maiwasan ang hindi kinakalawang na asero na mga cation mula sa diffusing sa solusyon sa pamamagitan ng passivation film, habang ang p-type semiconductor ay may cation selectivity, na maaaring maiwasan ang mga corrosive anion sa solusyon mula sa passivation crossings Dumating ang pelikula. palabas sa ibabaw ng substrate 26 .Makikita rin na mayroong maayos na paglipat sa pagitan ng dalawang angkop na kurba, ang pelikula ay nasa flat band state, at ang flat band potential na Efb ay magagamit upang matukoy ang posisyon ng energy band ng isang semiconductor at suriin ang electrochemical nito. katatagan43..
Ayon sa MC curve fitting na mga resulta na ipinakita sa Talahanayan 5, ang papalabas na konsentrasyon (ND) at ang pagtanggap ng konsentrasyon (NA) at ang potensyal na flat band na Efb 44 ng parehong pagkakasunud-sunod ng magnitude ay kinakalkula.Ang densidad ng inilapat na kasalukuyang carrier ay pangunahing nailalarawan ang mga depekto sa punto sa layer ng singil sa espasyo at ang potensyal ng pitting ng passivating film.Kung mas mataas ang konsentrasyon ng inilapat na carrier, mas madaling masira ang layer ng pelikula at mas mataas ang posibilidad ng kaagnasan ng substrate45.Bilang karagdagan, na may unti-unting pagtaas sa temperatura ng solusyon, ang konsentrasyon ng ND emitter sa layer ng pelikula ay tumaas mula 5.273 × 1020 cm-3 hanggang 1.772 × 1022 cm-3, at ang konsentrasyon ng host ng NA ay tumaas mula 4.972 × 1021 hanggang 4.592 ×1023.cm - tulad ng ipinapakita sa fig.3, ang potensyal ng flat band ay tumataas mula 0.021 V hanggang 0.753 V, ang bilang ng mga carrier sa solusyon ay tumataas, ang reaksyon sa pagitan ng mga ion sa solusyon ay tumindi, at ang katatagan ng layer ng pelikula ay bumababa.Habang tumataas ang temperatura ng solusyon, mas maliit ang ganap na halaga ng slope ng tinatayang linya, mas malaki ang density ng mga carrier sa solusyon, mas mataas ang rate ng diffusion sa pagitan ng mga ion, at mas malaki ang bilang ng mga bakanteng ion sa ibabaw ng layer ng pelikula., sa gayon ay binabawasan ang metal substrate, katatagan at paglaban sa kaagnasan 46,47.
Ang kemikal na komposisyon ng pelikula ay may makabuluhang epekto sa katatagan ng mga metal cation at ang pagganap ng mga semiconductors, at ang pagbabago sa temperatura ay may mahalagang epekto sa pagbuo ng isang hindi kinakalawang na asero na pelikula.Sa fig.Ipinapakita ng Figure 7 ang buong spectrum ng XPS ng surface layer ng isang 2205 DSS film sa isang simulate na solusyon na naglalaman ng 100 g/L Cl– at saturated CO2.Ang mga pangunahing elemento sa mga pelikula na nabuo sa pamamagitan ng mga chips sa iba't ibang mga temperatura ay karaniwang pareho, at ang mga pangunahing bahagi ng mga pelikula ay Fe, Cr, Ni, Mo, O, N, at C. Samakatuwid, ang mga pangunahing bahagi ng layer ng pelikula ay Fe , Cr, Ni, Mo, O, N at C. Lalagyan na may Cr oxides, Fe oxides at hydroxides at isang maliit na halaga ng Ni at Mo oxides.
Buong XPS 2205 DSS spectra na kinunan sa iba't ibang temperatura.(a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C.
Ang pangunahing komposisyon ng pelikula ay nauugnay sa mga thermodynamic na katangian ng mga compound sa passivating film.Ayon sa nagbubuklod na enerhiya ng mga pangunahing elemento sa layer ng pelikula, na ibinigay sa talahanayan.6, makikita na ang mga katangian ng spectral peak ng Cr2p3/2 ay nahahati sa metal na Cr0 (573.7 ± 0.2 eV), Cr2O3 (574.5 ± 0.3 eV), at Cr(OH)3 ( 575.4 ± 0. 1 eV) bilang ipinapakita sa Figure 8a, kung saan ang oxide na nabuo ng elemento ng Cr ay ang pangunahing bahagi sa pelikula, na gumaganap ng mahalagang papel sa paglaban ng kaagnasan ng pelikula at ang pagganap ng electrochemical nito.Ang relatibong peak intensity ng Cr2O3 sa layer ng pelikula ay mas mataas kaysa sa Cr(OH)3.Gayunpaman, habang tumataas ang temperatura ng solid solution, unti-unting humihina ang relative peak ng Cr2O3, habang unti-unting tumataas ang relative peak ng Cr(OH)3, na nagpapahiwatig ng halatang pagbabago ng pangunahing Cr3+ sa layer ng pelikula mula Cr2O3 hanggang Cr(OH) 3, at ang temperatura ng solusyon ay tumataas.
Ang nagbubuklod na enerhiya ng mga taluktok ng katangian na spectrum ng Fe2p3/2 ay pangunahing binubuo ng apat na mga taluktok ng estadong metal Fe0 (706.4 ± 0.2 eV), Fe3O4 (707.5 ± 0.2 eV), FeO (709.5 ± 0.1 eV ) at FeOOH (713.1). eV) ± 0.3 eV), tulad ng ipinapakita sa Fig. 8b, ang Fe ay pangunahing naroroon sa nabuong pelikula sa anyo ng Fe2+ at Fe3+.Ang Fe2+ mula sa FeO ay nangingibabaw sa Fe(II) sa mas mababang pagbubuklod na mga peak ng enerhiya, habang ang Fe3O4 at Fe(III) na FeOOH na mga compound ay nangingibabaw sa mas mataas na nagbubuklod na mga peak ng enerhiya48,49.Ang relatibong intensity ng Fe3+ peak ay mas mataas kaysa sa Fe2+, ngunit ang relatibong intensity ng Fe3+ peak ay bumababa sa pagtaas ng temperatura ng solusyon, at ang relatibong intensity ng Fe2+ peak ay tumataas, na nagpapahiwatig ng pagbabago sa pangunahing substance sa film layer mula sa Fe3+ hanggang Fe2+ upang mapataas ang temperatura ng solusyon.
Ang mga katangian ng spectral peak ng Mo3d5/2 ay pangunahing binubuo ng dalawang peak position na Mo3d5/2 at Mo3d3/243.50, habang kasama sa Mo3d5/2 ang metallic Mo (227.5 ± 0.3 eV), Mo4+ (228.9 ± 0.2 eV) at Mo6+ ( 229.4 eV) ), habang ang Mo3d3/2 ay naglalaman din ng metal na Mo (230.4 ± 0.1 eV), Mo4+ (231.5 ± 0.2 eV) at Mo6+ (232, 8 ± 0.1 eV) tulad ng ipinapakita sa Figure 8c, kaya ang mga elemento ng Mo ay umiiral sa mahigit tatlong valence estado ng layer ng pelikula.Ang mga nagbubuklod na energies ng mga katangian ng spectral peak ng Ni2p3/2 ay binubuo ng Ni0 (852.4 ± 0.2 eV) at NiO (854.1 ± 0.2 eV), tulad ng ipinapakita sa Fig. 8g ayon sa pagkakabanggit.Ang katangiang N1s peak ay binubuo ng N (399.6 ± 0.3 eV), tulad ng ipinapakita sa Fig. 8d.Ang mga katangian ng O1s peak ay kinabibilangan ng O2- (529.7 ± 0.2 eV), OH- (531.2 ± 0.2 eV) at H2O (531.8 ± 0.3 eV), tulad ng ipinapakita sa Fig. Ang mga pangunahing bahagi ng layer ng pelikula ay (OH- at O2 -) , na pangunahing ginagamit para sa oksihenasyon o hydrogen oxidation ng Cr at Fe sa layer ng pelikula.Ang relatibong peak intensity ng OH- ay tumaas nang malaki habang tumaas ang temperatura mula 30°C hanggang 75°C.Samakatuwid, sa pagtaas ng temperatura, ang pangunahing komposisyon ng materyal ng O2- sa layer ng pelikula ay nagbabago mula sa O2- hanggang OH- at O2-.
Sa fig.Ipinapakita ng Figure 9 ang microscopic surface morphology ng sample 2205 DSS pagkatapos ng dynamic na potensyal na polariseysyon sa isang model solution na naglalaman ng 100 g/L Cl– at saturated CO2.Makikita na sa ibabaw ng mga sample na polarized sa iba't ibang temperatura, may mga corrosion pits ng iba't ibang degree, ito ay nangyayari sa isang solusyon ng mga agresibong ion, at sa pagtaas ng temperatura ng solusyon, ang mas malubhang kaagnasan ay nangyayari sa ibabaw ng mga sample.substrate.Ang bilang ng mga pitting pits sa bawat unit area at ang lalim ng mga corrosion center ay tumataas.
Mga corrosion curve ng 2205 DSS sa mga solusyon ng modelo na naglalaman ng 100 g/l Cl– at saturated CO2 sa iba't ibang temperatura (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c .
Samakatuwid, ang pagtaas ng temperatura ay tataas ang aktibidad ng bawat bahagi ng DSS, pati na rin ang pagtaas ng aktibidad ng mga agresibong ions sa isang agresibong kapaligiran, na nagiging sanhi ng isang tiyak na antas ng pinsala sa sample na ibabaw, na magpapataas ng aktibidad ng pitting., at ang pagbuo ng mga corrosion pits ay tataas.Ang rate ng pagbuo ng produkto ay tataas at ang corrosion resistance ng materyal ay bababa51,52,53,54,55.
Sa fig.Ipinapakita ng 10 ang morphology at pitting depth ng isang 2205 DSS sample na polarized na may ultra high depth ng field optical digital microscope.Mula sa fig.Ipinapakita ng 10a na ang mas maliliit na corrosion pits ay lumitaw din sa paligid ng malalaking pits, na nagpapahiwatig na ang passivating film sa sample surface ay bahagyang nawasak sa pagbuo ng mga corrosion pits sa isang partikular na kasalukuyang density, at ang maximum na pitting depth ay 12.9 µm.tulad ng ipinapakita sa Figure 10b.
Ang DSS ay nagpapakita ng mas mahusay na paglaban sa kaagnasan, ang pangunahing dahilan ay ang film na nabuo sa ibabaw ng bakal ay mahusay na protektado sa solusyon, Mott-Schottky, ayon sa mga resulta sa itaas ng XPS at mga kaugnay na literatura 13,56,57,58, ang pelikula ay higit sa lahat dumadaan sa mga sumusunod Ito ang proseso ng oksihenasyon ng Fe at Cr.
Ang Fe2+ ay madaling natutunaw at namuo sa interface 53 sa pagitan ng pelikula at solusyon, at ang proseso ng cathodic reaction ay ang mga sumusunod:
Sa corroded state, nabuo ang isang two-layer structural film, na pangunahing binubuo ng isang panloob na layer ng iron at chromium oxides at isang panlabas na hydroxide layer, at ang mga ion ay karaniwang lumalaki sa mga pores ng pelikula.Ang kemikal na komposisyon ng passivating film ay nauugnay sa mga katangian ng semiconductor nito, bilang ebidensya ng Mott-Schottky curve, na nagpapahiwatig na ang komposisyon ng passivating film ay n+p-type at may mga katangiang bipolar.Ang mga resulta ng XPS ay nagpapakita na ang panlabas na layer ng passivating film ay pangunahing binubuo ng Fe oxides at hydroxides na nagpapakita ng n-type na mga katangian ng semiconductor, at ang panloob na layer ay pangunahing binubuo ng Cr oxides at hydroxides na nagpapakita ng p-type na mga katangian ng semiconductor.
Ang 2205 DSS ay may mataas na resistivity dahil sa mataas na Cr17.54 na nilalaman nito at nagpapakita ng iba't ibang antas ng pitting dahil sa microscopic galvanic corrosion55 sa pagitan ng mga duplex na istruktura.Ang pitting corrosion ay isa sa mga pinakakaraniwang uri ng corrosion sa DSS, at ang temperatura ay isa sa mga mahalagang salik na nakakaimpluwensya sa pag-uugali ng pitting corrosion at may epekto sa thermodynamic at kinetic na proseso ng DSS reaction60,61.Karaniwan, sa isang simulate na solusyon na may mataas na konsentrasyon ng Cl– at saturated CO2, ang temperatura ay nakakaapekto rin sa pagbuo ng pitting at ang pagsisimula ng mga bitak sa panahon ng stress corrosion cracking sa ilalim ng stress corrosion cracking, at ang kritikal na temperatura ng pitting ay tinutukoy upang suriin ang paglaban sa kaagnasan.DSS.Ang materyal, na sumasalamin sa sensitivity ng metal matrix sa temperatura, ay karaniwang ginagamit bilang isang mahalagang sanggunian sa pagpili ng materyal sa mga aplikasyon ng engineering.Ang average na kritikal na temperatura ng pitting ng 2205 DSS sa simulate na solusyon ay 66.9°C, na 25.6°C na mas mataas kaysa sa Super 13Cr stainless steel na may 3.5% NaCl, ngunit ang maximum na lalim ng pitting ay umabot sa 12.9 µm62.Kinumpirma pa ng mga resulta ng electrochemical na ang mga pahalang na rehiyon ng anggulo ng phase at frequency ay makitid sa pagtaas ng temperatura, at habang bumababa ang anggulo ng phase mula 79° hanggang 58°, ang halaga ng |Z|bumababa mula 1.26×104 hanggang 1.58×103 Ω cm2.charge transfer resistance Rct ay bumaba mula 2.958 1014 hanggang 2.541 103 Ω cm2, solusyon resistance Rs nabawasan mula 2.953 hanggang 2.469 Ω cm2, film resistance Rf ay bumaba mula 5.430 10-4 cm2 hanggang 1.147 10-3 cm2.Ang kondaktibiti ng agresibong solusyon ay tumataas, ang katatagan ng metal matrix film layer ay bumababa, ito ay natutunaw at madaling pumutok.Ang self-corrosion current density ay tumaas mula 1.482 hanggang 2.893 × 10-6 A cm-2, at ang self-corrosion potential ay bumaba mula -0.532 hanggang -0.621V.Makikita na ang pagbabago sa temperatura ay nakakaapekto sa integridad at density ng layer ng pelikula.
Sa kabaligtaran, ang isang mataas na konsentrasyon ng Cl- at isang puspos na solusyon ng CO2 ay unti-unting nagpapataas ng kapasidad ng adsorption ng Cl- sa ibabaw ng passivating film na may pagtaas ng temperatura, ang katatagan ng passivation film ay nagiging hindi matatag, at ang proteksiyon na epekto sa humihina ang substrate at tumataas ang pagkamaramdamin sa pitting.Sa kasong ito, ang aktibidad ng mga corrosive ions sa solusyon ay tumataas, ang nilalaman ng oxygen ay bumababa, at ang ibabaw na film ng corroded na materyal ay mahirap na mabilis na mabawi, na lumilikha ng mas kanais-nais na mga kondisyon para sa karagdagang adsorption ng mga corrosive ions sa ibabaw.Pagbabawas ng materyal63.Robinson et al.Ipinakita ng [64] na sa pagtaas ng temperatura ng solusyon, ang bilis ng paglaki ng mga hukay ay nagpapabilis, at ang bilis ng pagsasabog ng mga ion sa solusyon ay tumataas din.Kapag ang temperatura ay tumaas sa 65 °C, ang paglusaw ng oxygen sa isang solusyon na naglalaman ng mga Cl-ion ay nagpapabagal sa proseso ng cathodic reaction, ang rate ng pitting ay nababawasan.Inimbestigahan ng Han20 ang epekto ng temperatura sa pag-uugali ng kaagnasan ng 2205 duplex na hindi kinakalawang na asero sa isang kapaligiran ng CO2.Ang mga resulta ay nagpakita na ang pagtaas ng temperatura ay nagpapataas ng dami ng mga produkto ng kaagnasan at ang lugar ng mga pag-urong ng mga lukab sa ibabaw ng materyal.Katulad nito, kapag ang temperatura ay tumaas sa 150°C, ang oxide film sa ibabaw ay masisira, at ang density ng mga craters ang pinakamataas.Inimbestigahan ng Lu4 ang epekto ng temperatura sa pag-uugali ng kaagnasan ng 2205 duplex na hindi kinakalawang na asero mula sa passivation hanggang sa activation sa isang geothermal na kapaligiran na naglalaman ng CO2.Ang kanilang mga resulta ay nagpapakita na sa isang pagsubok na temperatura sa ibaba 150 °C, ang nabuong pelikula ay may katangian na amorphous na istraktura, at ang panloob na interface ay naglalaman ng isang nickel-rich layer, at sa isang temperatura na 300 °C, ang nagresultang produkto ng kaagnasan ay may isang nanoscale na istraktura. .-polycrystalline FeCr2O4, CrOOH at NiFe2O4.
Sa fig.Ang 11 ay isang diagram ng proseso ng kaagnasan at pagbuo ng pelikula ng 2205 DSS.Bago gamitin, ang 2205 DSS ay bumubuo ng isang pasivating na pelikula sa kapaligiran.Pagkatapos na malubog sa isang kapaligiran na ginagaya ang isang solusyon na naglalaman ng mga solusyon na may mataas na nilalaman ng Cl- at CO2, ang ibabaw nito ay mabilis na napapalibutan ng iba't ibang mga agresibong ion (Cl-, CO32-, atbp.).).Ang J. Banas 65 ay dumating sa konklusyon na sa isang kapaligiran kung saan ang CO2 ay sabay-sabay na naroroon, ang katatagan ng passivating film sa ibabaw ng materyal ay bababa sa paglipas ng panahon, at ang nabuo na carbonic acid ay may posibilidad na mapataas ang conductivity ng mga ions sa passivating. layer.pelikula at acceleration ng dissolution of ions sa isang passivating film.pasivate na pelikula.Kaya, ang layer ng pelikula sa sample surface ay nasa isang dynamic na equilibrium stage ng dissolution at repassivation66, Cl- binabawasan ang rate ng pagbuo ng surface film layer, at lumilitaw ang maliliit na pitting pits sa katabing lugar ng film surface, bilang ipinapakita sa Figure 3. Ipakita.Gaya ng ipinapakita sa Figure 11a at b, lumilitaw ang maliliit na hindi matatag na corrosion pits sa parehong oras.Habang tumataas ang temperatura, ang aktibidad ng mga corrosive ions sa solusyon sa layer ng pelikula ay tumataas, at ang lalim ng maliliit na hindi matatag na hukay ay tumataas hanggang ang layer ng pelikula ay ganap na natagos ng transparent, tulad ng ipinapakita sa Figure 11c.Sa isang karagdagang pagtaas sa temperatura ng dissolving medium, ang nilalaman ng dissolved CO2 sa solusyon ay nagpapabilis, na humahantong sa isang pagbawas sa pH value ng solusyon, isang pagtaas sa density ng pinakamaliit na hindi matatag na corrosion pits sa ibabaw ng SPP , ang lalim ng mga unang corrosion pits ay lumalawak at lumalalim, at ang passivating film sa sample surface Habang bumababa ang kapal, ang passivating na pelikula ay nagiging mas madaling kapitan ng pitting tulad ng ipinapakita sa Figure 11d.At kinumpirma din ng mga resulta ng electrochemical na ang pagbabago sa temperatura ay may tiyak na epekto sa integridad at density ng pelikula.Kaya, makikita na ang kaagnasan sa mga solusyon na puspos ng CO2 na naglalaman ng mataas na konsentrasyon ng Cl- ay makabuluhang naiiba sa kaagnasan sa mga solusyon na naglalaman ng mababang konsentrasyon ng Cl-67,68.
Proseso ng kaagnasan 2205 DSS sa pagbuo at pagkasira ng isang bagong pelikula.(a) Proseso 1, (b) Proseso 2, (c) Proseso 3, (d) Proseso 4.
Ang average na kritikal na temperatura ng pitting ng 2205 DSS sa isang simulate na solusyon na naglalaman ng 100 g/l Cl– at saturated CO2 ay 66.9 ℃, at ang maximum na lalim ng pitting ay 12.9 µm, na nagpapababa sa corrosion resistance ng 2205 DSS at nagpapataas ng sensitivity sa pitting .pagtaas ng temperatura.
Oras ng post: Peb-16-2023