Σας ευχαριστούμε που επισκεφτήκατε το Nature.com.Χρησιμοποιείτε μια έκδοση προγράμματος περιήγησης με περιορισμένη υποστήριξη CSS.Για την καλύτερη δυνατή εμπειρία, σας συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα ενημερωμένο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer).Επιπλέον, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, εμφανίζουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Εμφανίζει ένα καρουζέλ τριών διαφανειών ταυτόχρονα.Χρησιμοποιήστε τα κουμπιά Προηγούμενο και Επόμενο για να μετακινηθείτε σε τρεις διαφάνειες κάθε φορά ή χρησιμοποιήστε τα κουμπιά ρυθμιστικού στο τέλος για να μετακινηθείτε σε τρεις διαφάνειες κάθε φορά.
Ο ανοξείδωτος χάλυβας Duplex 2205 (DSS) έχει καλή αντοχή στη διάβρωση λόγω της τυπικής δομής διπλής όψης, αλλά το όλο και πιο σκληρό περιβάλλον πετρελαίου και φυσικού αερίου που περιέχει CO2 έχει ως αποτέλεσμα διαφορετικούς βαθμούς διάβρωσης, ειδικά το pitting, το οποίο απειλεί σοβαρά την ασφάλεια και την αξιοπιστία του λαδιού και του φυσικού εφαρμογές αερίου.ανάπτυξη αερίου.Σε αυτή την εργασία, μια δοκιμή εμβάπτισης και μια ηλεκτροχημική δοκιμή χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με ομοεστιακή μικροσκοπία λέιζερ και φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ.Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μέση κρίσιμη θερμοκρασία για το pitting 2205 DSS ήταν 66,9 °C.Όταν η θερμοκρασία είναι υψηλότερη από 66,9 ℃, το δυναμικό διάσπασης λακκών, το διάστημα παθητικοποίησης και το δυναμικό αυτοδιάβρωσης μειώνονται, η πυκνότητα ρεύματος παθητικοποίησης μεγέθους αυξάνεται και η ευαισθησία διάτρησης αυξάνεται.Με περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας, η ακτίνα του χωρητικού τόξου 2205 DSS μειώνεται, η επιφανειακή αντίσταση και η αντίσταση μεταφοράς φορτίου σταδιακά μειώνονται και η πυκνότητα των φορέων δότη και δέκτη στο στρώμα φιλμ του προϊόντος με n + p-διπολικά χαρακτηριστικά επίσης αυξάνεται, η περιεκτικότητα σε οξείδια του Cr στο εσωτερικό στρώμα της μεμβράνης μειώνεται, αυξάνεται η περιεκτικότητα σε οξείδια Fe στο εξωτερικό στρώμα, η διάλυση του στρώματος του φιλμ αυξάνεται, η σταθερότητα μειώνεται, ο αριθμός των κοιλωμάτων και το μέγεθος των πόρων αυξάνεται.
Στο πλαίσιο της ταχείας οικονομικής και κοινωνικής ανάπτυξης και της κοινωνικής προόδου, η ζήτηση για πόρους πετρελαίου και φυσικού αερίου συνεχίζει να αυξάνεται, αναγκάζοντας την ανάπτυξη πετρελαίου και φυσικού αερίου να μετατοπιστεί σταδιακά στις νοτιοδυτικές και υπεράκτιες περιοχές με πιο σοβαρές συνθήκες και περιβάλλον, έτσι οι συνθήκες λειτουργίας του οι σωλήνες κάτω οπής γίνονται όλο και πιο σοβαρές..Επιδείνωση 1,2,3.Στον τομέα της εξερεύνησης πετρελαίου και φυσικού αερίου, όταν η αύξηση του CO2 4 και της περιεκτικότητας σε αλατότητα και χλώριο 5, 6 στο παραγόμενο ρευστό, ο συνηθισμένος σωλήνας από χάλυβα 7 άνθρακα υπόκειται σε σοβαρή διάβρωση, ακόμη και αν αντλούνται αναστολείς διάβρωσης στη σειρά του σωλήνα, η διάβρωση δεν μπορεί να κατασταλεί αποτελεσματικά ο χάλυβας δεν μπορεί πλέον να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις μακροχρόνιας λειτουργίας σε σκληρά διαβρωτικά περιβάλλοντα CO28,9,10.Οι ερευνητές στράφηκαν σε διπλούς ανοξείδωτους χάλυβες (DSS) με καλύτερη αντοχή στη διάβρωση.2205 DSS, η περιεκτικότητα σε φερρίτη και ωστενίτη στον χάλυβα είναι περίπου 50%, έχει εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες και αντοχή στη διάβρωση, η επιφανειακή μεμβράνη παθητικοποίησης είναι πυκνή, έχει εξαιρετική ομοιόμορφη αντίσταση στη διάβρωση, η τιμή είναι χαμηλότερη από αυτή των κραμάτων με βάση το νικέλιο 11 , 12. Έτσι, το 2205 DSS χρησιμοποιείται συνήθως ως δοχείο πίεσης σε διαβρωτικό περιβάλλον, περίβλημα πετρελαίου σε διαβρωτικό περιβάλλον CO2, ψυγείο νερού για σύστημα συμπύκνωσης σε υπεράκτια πεδία πετρελαίου και χημικών πεδίων 13, 14, 15, αλλά το 2205 DSS μπορεί επίσης να έχει διαβρωτική διάτρηση σε υπηρεσία.
Επί του παρόντος, πολλές μελέτες για τη διάβρωση 2205 DSS με λακκούβες CO2 και Cl έχουν διεξαχθεί στη χώρα και στο εξωτερικό [16,17,18].Ο Ebrahimi19 διαπίστωσε ότι η προσθήκη ενός άλατος διχρωμικού καλίου σε ένα διάλυμα NaCl μπορεί να αναστείλει τη δημιουργία κοιλοτήτων 2205 DSS και η αύξηση της συγκέντρωσης του διχρωμικού καλίου αυξάνει την κρίσιμη θερμοκρασία του 2205 DSS pitting.Ωστόσο, το δυναμικό διάτρησης του 2205 DSS αυξάνεται λόγω της προσθήκης ορισμένης συγκέντρωσης NaCl στο διχρωμικό κάλιο και μειώνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης NaCl.Το Han20 δείχνει ότι στους 30 έως 120°C, η δομή του φιλμ παθητικοποίησης 2205 DSS είναι ένα μείγμα εσωτερικού στρώματος Cr2O3, εξωτερικού στρώματος FeO και πλούσιου Cr.όταν η θερμοκρασία ανέβει στους 150 °C, το φιλμ παθητικοποίησης διαλύεται., η εσωτερική δομή αλλάζει σε Cr2O3 και Cr(OH)3 και το εξωτερικό στρώμα αλλάζει σε οξείδιο Fe(II,III) και υδροξείδιο Fe(III).Η Peguet21 διαπίστωσε ότι η σταθερή διάνοιξη του ανοξείδωτου χάλυβα S2205 σε διάλυμα NaCl συνήθως συμβαίνει όχι κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία διάτρησης (CPT) αλλά στο εύρος θερμοκρασίας μετασχηματισμού (TTI).Ο Thiadi22 κατέληξε στο συμπέρασμα ότι όσο αυξάνεται η συγκέντρωση του NaCl, η αντίσταση στη διάβρωση του S2205 DSS μειώνεται σημαντικά και όσο πιο αρνητικό είναι το εφαρμοζόμενο δυναμικό, τόσο χειρότερη είναι η αντίσταση στη διάβρωση του υλικού.
Σε αυτό το άρθρο, η σάρωση δυναμικού δυναμικού, η φασματοσκοπία σύνθετης αντίστασης, το σταθερό δυναμικό, η καμπύλη Mott-Schottky και η οπτική ηλεκτρονική μικροσκοπία χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη της επίδρασης της υψηλής αλατότητας, της υψηλής συγκέντρωσης Cl– και της θερμοκρασίας στη συμπεριφορά διάβρωσης του 2205 DSS.και η φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίου, η οποία παρέχει τη θεωρητική βάση για την ασφαλή λειτουργία του 2205 DSS σε περιβάλλοντα πετρελαίου και αερίου που περιέχουν CO2.
Το υλικό δοκιμής επιλέγεται από επεξεργασμένο με διάλυμα χάλυβα 2205 DSS (ποιότητας χάλυβα 110ksi) και η κύρια χημική σύνθεση φαίνεται στον Πίνακα 1.
Το μέγεθος του ηλεκτροχημικού δείγματος είναι 10 mm × 10 mm × 5 mm, καθαρίζεται με ακετόνη για να αφαιρεθεί το λάδι και η απόλυτη αιθανόλη και στεγνώνεται.Το πίσω μέρος του δοκιμίου συγκολλάται για να συνδέσει το κατάλληλο μήκος χάλκινου σύρματος.Μετά τη συγκόλληση, χρησιμοποιήστε ένα πολύμετρο (VC9801A) για να ελέγξετε την ηλεκτρική αγωγιμότητα του συγκολλημένου δοκιμίου και, στη συνέχεια, σφραγίστε την επιφάνεια που δεν λειτουργεί με εποξειδικό.Χρησιμοποιήστε γυαλόχαρτο νερού 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# από καρβίδιο πυριτίου για να γυαλίσετε την επιφάνεια εργασίας στη μηχανή γυαλίσματος με γυαλιστικό 0,25um μέχρι την τραχύτητα της επιφάνειας Ra≤1,6um και τέλος καθαρίστε και βάλτε τον θερμοστάτη .
Χρησιμοποιήθηκε ηλεκτροχημικός σταθμός εργασίας Priston (P4000A) με σύστημα τριών ηλεκτροδίων.Ένα ηλεκτρόδιο πλατίνας (Pt) με εμβαδόν 1 cm2 χρησίμευσε ως βοηθητικό ηλεκτρόδιο, ένα DSS 2205 (με επιφάνεια 1 cm2) χρησιμοποιήθηκε ως ηλεκτρόδιο εργασίας και ένα ηλεκτρόδιο αναφοράς (Ag/AgCl) μεταχειρισμένος.Το διάλυμα μοντέλου που χρησιμοποιήθηκε στη δοκιμή παρασκευάστηκε σύμφωνα με (Πίνακας 2).Πριν από τη δοκιμή, ένα διάλυμα N2 υψηλής καθαρότητας (99,99%) διοχετεύθηκε για 1 ώρα και στη συνέχεια διοχετεύθηκε CO2 για 30 λεπτά για να αποοξυγονωθεί το διάλυμα.και το CO2 στο διάλυμα ήταν πάντα σε κατάσταση κορεσμού.
Αρχικά, τοποθετήστε το δείγμα στη δεξαμενή που περιέχει το διάλυμα δοκιμής και τοποθετήστε το σε λουτρό νερού σταθερής θερμοκρασίας.Η αρχική θερμοκρασία ρύθμισης είναι 2°C και η αύξηση της θερμοκρασίας ελέγχεται με ρυθμό 1°C/min και το εύρος θερμοκρασίας ελέγχεται.στους 2-80°C.Κελσίου.Η δοκιμή ξεκινά από ένα σταθερό δυναμικό (-0,6142 Vs.Ag/AgCl) και η καμπύλη δοκιμής είναι μια καμπύλη It.Σύμφωνα με το πρότυπο δοκιμής κρίσιμης θερμοκρασίας διάτρησης, η καμπύλη It μπορεί να είναι γνωστή.Η θερμοκρασία στην οποία η πυκνότητα του ρεύματος αυξάνεται στα 100 μA/cm2 ονομάζεται κρίσιμη θερμοκρασία διάτρησης.Η μέση κρίσιμη θερμοκρασία για το pitting είναι 66,9 °C.Οι θερμοκρασίες δοκιμής για την καμπύλη πόλωσης και το φάσμα σύνθετης αντίστασης επιλέχθηκαν να είναι 30°C, 45°C, 60°C και 75°C, αντίστοιχα, και η δοκιμή επαναλήφθηκε τρεις φορές υπό τις ίδιες συνθήκες δείγματος για να μειωθούν οι πιθανές αποκλίσεις.
Ένα μεταλλικό δείγμα που εκτέθηκε στο διάλυμα πολώθηκε αρχικά σε δυναμικό καθόδου (-1,3 V) για 5 λεπτά πριν από τη δοκιμή της ποτενσιοδυναμικής καμπύλης πόλωσης για την εξάλειψη του φιλμ οξειδίου που σχηματίστηκε στην επιφάνεια εργασίας του δείγματος και στη συνέχεια σε ένα δυναμικό ανοιχτού κυκλώματος 1 ώρα έως ότου δεν θα καθοριστεί η τάση διάβρωσης.Ο ρυθμός σάρωσης της καμπύλης πόλωσης δυναμικού δυναμικού ορίστηκε σε 0,333 mV/s και το δυναμικό διαστήματος σάρωσης ορίστηκε σε -0,3~1,2V έναντι OCP.Για να εξασφαλιστεί η ακρίβεια της δοκιμής, οι ίδιες συνθήκες δοκιμής επαναλήφθηκαν 3 φορές.
Λογισμικό δοκιμής φάσματος αντίστασης – Versa Studio.Η δοκιμή πραγματοποιήθηκε αρχικά σε σταθερό δυναμικό ανοιχτού κυκλώματος, το πλάτος της εναλλασσόμενης τάσης διαταραχής ορίστηκε στα 10 mV και η συχνότητα μέτρησης ορίστηκε στα 10–2–105 Hz.δεδομένα φάσματος μετά τη δοκιμή.
Διαδικασία δοκιμής καμπύλης τρέχοντος χρόνου: επιλέξτε διαφορετικά δυναμικά παθητικοποίησης σύμφωνα με τα αποτελέσματα της καμπύλης ανοδικής πόλωσης, μετρήστε την καμπύλη It σε σταθερό δυναμικό και προσαρμόστε την καμπύλη διπλού λογαρίθμου για να υπολογίσετε την κλίση της προσαρμοσμένης καμπύλης για ανάλυση φιλμ.ο μηχανισμός σχηματισμού του παθητικού φιλμ.
Αφού σταθεροποιηθεί η τάση ανοιχτού κυκλώματος, εκτελέστε μια δοκιμή καμπύλης Mott-Schottky.Εύρος σάρωσης δυναμικού δοκιμής 1,0~-1,0V (vS.Ag/AgCl), ρυθμός σάρωσης 20mV/s, συχνότητα δοκιμής ρυθμισμένη στα 1000Hz, σήμα διέγερσης 5mV.
Χρησιμοποιήστε φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίου ακτίνων Χ (XPS) (ESCALAB 250Xi, UK) για να ελέγξετε τη σύσταση και τη χημική κατάσταση του φιλμ επιφανειακής παθητικοποίησης μετά το σχηματισμό φιλμ 2205 DSS και να εκτελέσετε επεξεργασία δεδομένων μέτρησης με χρήση ανώτερου λογισμικού.συγκρίθηκαν με βάσεις δεδομένων ατομικών φασμάτων και σχετική βιβλιογραφία23 και βαθμονομήθηκαν χρησιμοποιώντας C1s (284,8 eV).Η μορφολογία της διάβρωσης και το βάθος των κοιλωμάτων στα δείγματα χαρακτηρίστηκαν χρησιμοποιώντας ένα εξαιρετικά βαθύ οπτικό ψηφιακό μικροσκόπιο (Zeiss Smart Zoom5, Γερμανία).
Το δείγμα δοκιμάστηκε στο ίδιο δυναμικό (-0,6142 V σχετικό Ag/AgCl) με τη μέθοδο σταθερού δυναμικού και η καμπύλη του ρεύματος διάβρωσης καταγράφηκε με το χρόνο.Σύμφωνα με το πρότυπο δοκιμής CPT, η πυκνότητα του ρεύματος πόλωσης αυξάνεται σταδιακά με την αύξηση της θερμοκρασίας.Το σχήμα 1 δείχνει την κρίσιμη θερμοκρασία διάνοιξης 2205 DSS σε ένα προσομοιωμένο διάλυμα που περιέχει 100 g/L Cl– και κορεσμένο CO2.Μπορεί να φανεί ότι σε χαμηλή θερμοκρασία του διαλύματος, η πυκνότητα ρεύματος πρακτικά δεν αλλάζει με την αύξηση του χρόνου δοκιμής.Και όταν η θερμοκρασία του διαλύματος αυξήθηκε σε μια ορισμένη τιμή, η πυκνότητα του ρεύματος αυξήθηκε γρήγορα, υποδεικνύοντας ότι ο ρυθμός διάλυσης της παθητικοποιούμενης μεμβράνης αυξήθηκε με την αύξηση της θερμοκρασίας του διαλύματος.Όταν η θερμοκρασία του στερεού διαλύματος αυξηθεί από 2°C σε περίπου 67°C, η πυκνότητα ρεύματος πόλωσης του 2205DSS αυξάνεται στα 100μA/cm2 και η μέση κρίσιμη θερμοκρασία διάτρησης του 2205DSS είναι 66,9°C, δηλαδή περίπου 16,6°C υψηλότερο από το 2205DSS.τυπικό 3,5 wt.% NaCl (0,7 V)26.Η κρίσιμη θερμοκρασία διάτρησης εξαρτάται από το εφαρμοζόμενο δυναμικό τη στιγμή της μέτρησης: όσο χαμηλότερο είναι το εφαρμοζόμενο δυναμικό, τόσο υψηλότερη είναι η μετρούμενη κρίσιμη θερμοκρασία διάτρησης.
Καμπύλη κρίσιμης θερμοκρασίας διάτρησης από ανοξείδωτο χάλυβα διπλής όψης 2205 σε προσομοιωμένο διάλυμα που περιέχει 100 g/L Cl– και κορεσμένο CO2.
Στο σχ.Το 2 δείχνει γραφικές παραστάσεις εναλλασσόμενης αντίστασης του 2205 DSS σε προσομοιωμένα διαλύματα που περιέχουν 100 g/L Cl- και κορεσμένο CO2 σε διάφορες θερμοκρασίες.Μπορεί να φανεί ότι το διάγραμμα Nyquist του 2205DSS σε διάφορες θερμοκρασίες αποτελείται από τόξα αντίστασης χωρητικότητας υψηλής συχνότητας, μέσης και χαμηλής συχνότητας, και τα τόξα αντίστασης-χωρητικότητας δεν είναι ημικυκλικά.Η ακτίνα του χωρητικού τόξου αντανακλά την τιμή αντίστασης του φιλμ παθητικοποίησης και την τιμή της αντίστασης μεταφοράς φορτίου κατά την αντίδραση του ηλεκτροδίου.Είναι γενικά αποδεκτό ότι όσο μεγαλύτερη είναι η ακτίνα του χωρητικού τόξου, τόσο καλύτερη είναι η αντίσταση στη διάβρωση του μεταλλικού υποστρώματος στο διάλυμα27.Σε θερμοκρασία διαλύματος 30 °C, η ακτίνα του χωρητικού τόξου στο διάγραμμα Nyquist και η γωνία φάσης στο διάγραμμα του συντελεστή σύνθετης αντίστασης |Z|Το Bode είναι το υψηλότερο και η διάβρωση 2205 DSS είναι η χαμηλότερη.Καθώς η θερμοκρασία του διαλύματος αυξάνεται, το |Z|ο συντελεστής σύνθετης αντίστασης, η ακτίνα τόξου και η αντίσταση του διαλύματος μειώνονται, επιπλέον, η γωνία φάσης μειώνεται επίσης από 79 Ω σε 58 Ω στην περιοχή ενδιάμεσης συχνότητας, δείχνοντας μια ευρεία κορυφή και ένα πυκνό εσωτερικό στρώμα και ένα αραιό (πορώδες) εξωτερικό στρώμα είναι το κύριο χαρακτηριστικά ενός ανομοιογενούς παθητικού φιλμ28.Επομένως, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, η παθητικοποιητική μεμβράνη που σχηματίζεται στην επιφάνεια του μεταλλικού υποστρώματος διαλύεται και ραγίζει, γεγονός που εξασθενεί τις προστατευτικές ιδιότητες του υποστρώματος και επιδεινώνει την αντοχή στη διάβρωση του υλικού29.
Χρησιμοποιώντας το λογισμικό ZSimDeme για την προσαρμογή των δεδομένων του φάσματος σύνθετης αντίστασης, το προσαρμοσμένο ισοδύναμο κύκλωμα φαίνεται στο Σχ. 330, όπου Rs είναι η προσομοιωμένη αντίσταση διαλύματος, Q1 είναι η χωρητικότητα φιλμ, Rf είναι η αντίσταση του παραγόμενου φιλμ παθητικοποίησης, Q2 είναι το διπλό χωρητικότητα στρώματος και Rct είναι η αντίσταση μεταφοράς φορτίου.Από τα αποτελέσματα της προσαρμογής στον πίνακα.Το Σχήμα 3 δείχνει ότι καθώς η θερμοκρασία του προσομοιωμένου διαλύματος αυξάνεται, η τιμή του n1 μειώνεται από 0,841 σε 0,769, γεγονός που υποδηλώνει αύξηση του διακένου μεταξύ των πυκνωτών δύο στρώσεων και μείωση της πυκνότητας.Η αντίσταση μεταφοράς φορτίου Rct μειώθηκε σταδιακά από 2,958×1014 σε 2,541×103 Ω cm2, γεγονός που έδειξε σταδιακή μείωση της αντίστασης στη διάβρωση του υλικού.Η αντίσταση του διαλύματος Rs μειώθηκε από 2,953 σε 2,469 Ω cm2 και η χωρητικότητα Q2 της παθητικοποιούμενης μεμβράνης μειώθηκε από 5,430 10-4 σε 1,147 10-3 Ω cm2, η αγωγιμότητα του διαλύματος αυξήθηκε, η σταθερότητα του φιλμ παθητικοποίησης μειώθηκε και το διάλυμα Cl-, SO42-, κ.λπ.) στο μέσο αυξάνεται, γεγονός που επιταχύνει την καταστροφή της παθητικοποιούμενης μεμβράνης31.Αυτό οδηγεί σε μείωση της αντίστασης του φιλμ Rf (από 4662 σε 849 Ω cm2) και μείωση της αντίστασης πόλωσης Rp (Rct+Rf) που σχηματίζεται στην επιφάνεια του διπλού ανοξείδωτου χάλυβα.
Επομένως, η θερμοκρασία του διαλύματος επηρεάζει την αντίσταση στη διάβρωση του DSS 2205. Σε χαμηλή θερμοκρασία του διαλύματος, λαμβάνει χώρα μια διαδικασία αντίδρασης μεταξύ της καθόδου και της ανόδου παρουσία Fe2+, η οποία συμβάλλει στην ταχεία διάλυση και διάβρωση του άνοδος, καθώς και η παθητικοποίηση του φιλμ που σχηματίζεται στην επιφάνεια, πληρέστερη και μεγαλύτερη πυκνότητα, μεγαλύτερη μεταφορά φορτίου αντίστασης μεταξύ των διαλυμάτων, επιβραδύνει τη διάλυση της μεταλλικής μήτρας και παρουσιάζει καλύτερη αντίσταση στη διάβρωση.Καθώς η θερμοκρασία του διαλύματος αυξάνεται, η αντίσταση στη μεταφορά φορτίου Rct μειώνεται, ο ρυθμός αντίδρασης μεταξύ των ιόντων στο διάλυμα επιταχύνεται και ο ρυθμός διάχυσης των επιθετικών ιόντων επιταχύνεται, έτσι ώστε τα αρχικά προϊόντα διάβρωσης να σχηματίζονται ξανά στην επιφάνεια του το υπόστρωμα από την επιφάνεια του μεταλλικού υποστρώματος.Ένα λεπτότερο παθητικό φιλμ αποδυναμώνει τις προστατευτικές ιδιότητες του υποστρώματος.
Στο σχ.Το σχήμα 4 δείχνει τις καμπύλες πόλωσης δυναμικού δυναμικού του 2205 DSS σε προσομοιωμένα διαλύματα που περιέχουν 100 g/L Cl– και κορεσμένο CO2 σε διάφορες θερμοκρασίες.Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι όταν το δυναμικό είναι στην περιοχή από -0,4 έως 0,9 V, οι καμπύλες ανόδου σε διαφορετικές θερμοκρασίες έχουν εμφανείς περιοχές παθητικοποίησης και το δυναμικό αυτοδιάβρωσης είναι περίπου -0,7 έως -0,5 V. Η πυκνότητα αυξάνει το ρεύμα έως και 100 μA/cm233 η καμπύλη ανόδου συνήθως ονομάζεται δυναμικό διάτρησης (Eb ή Etra).Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, το διάστημα παθητικοποίησης μειώνεται, το δυναμικό αυτοδιάβρωσης μειώνεται, η πυκνότητα του ρεύματος διάβρωσης τείνει να αυξηθεί και η καμπύλη πόλωσης μετατοπίζεται προς τα δεξιά, γεγονός που δείχνει ότι το φιλμ που σχηματίζεται από το DSS 2205 στο προσομοιωμένο διάλυμα έχει ενεργό δραστηριότητα.περιεκτικότητα σε 100 g/l Cl– και κορεσμένο CO2, αυξάνει την ευαισθησία στη διάβρωση με κοιλότητες, καταστρέφεται εύκολα από επιθετικά ιόντα, γεγονός που οδηγεί σε αυξημένη διάβρωση της μεταλλικής μήτρας και μείωση της αντοχής στη διάβρωση.
Μπορεί να φανεί από τον Πίνακα 4 ότι όταν η θερμοκρασία αυξάνεται από 30°C σε 45°C, το αντίστοιχο δυναμικό υπερπαθητοποίησης μειώνεται ελαφρά, αλλά η πυκνότητα ρεύματος παθητικοποίησης του αντίστοιχου μεγέθους αυξάνεται σημαντικά, υποδεικνύοντας ότι η προστασία του φιλμ παθητικοποίησης κάτω από αυτά οι συνθήκες αυξάνονται με την αύξηση της θερμοκρασίας.Όταν η θερμοκρασία φτάσει τους 60°C, το αντίστοιχο δυναμικό διάτρησης μειώνεται σημαντικά και αυτή η τάση γίνεται πιο εμφανής όσο αυξάνεται η θερμοκρασία.Θα πρέπει να σημειωθεί ότι στους 75°C εμφανίζεται μια σημαντική αιχμή μεταβατικού ρεύματος στο σχήμα, υποδεικνύοντας την παρουσία μετασταθερής διάβρωσης διάτρησης στην επιφάνεια του δείγματος.
Επομένως, με την αύξηση της θερμοκρασίας του διαλύματος, η ποσότητα του οξυγόνου που διαλύεται στο διάλυμα μειώνεται, η τιμή του pH της επιφάνειας του φιλμ μειώνεται και η σταθερότητα του φιλμ παθητικοποίησης μειώνεται.Επιπλέον, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του διαλύματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η δραστικότητα των επιθετικών ιόντων στο διάλυμα και τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός βλάβης στο στρώμα επιφανειακής μεμβράνης του υποστρώματος.Τα οξείδια που σχηματίζονται στο στρώμα μεμβράνης πέφτουν εύκολα και αντιδρούν με κατιόντα στο στρώμα του φιλμ για να σχηματίσουν διαλυτές ενώσεις, αυξάνοντας την πιθανότητα δημιουργίας κοιλωμάτων.Δεδομένου ότι το στρώμα του αναγεννημένου φιλμ είναι σχετικά χαλαρό, η προστατευτική επίδραση στο υπόστρωμα είναι χαμηλή, γεγονός που αυξάνει τη διάβρωση του μεταλλικού υποστρώματος.Τα αποτελέσματα της δοκιμής δυναμικού δυναμικής πόλωσης είναι σύμφωνα με τα αποτελέσματα της φασματοσκοπίας σύνθετης αντίστασης.
Στο σχ.Το Σχήμα 5α δείχνει τις καμπύλες It για 2205 DSS σε διάλυμα μοντέλου που περιέχει 100 g/L Cl– και κορεσμένο CO2.Η πυκνότητα του ρεύματος παθητικοποίησης ως συνάρτηση του χρόνου λήφθηκε μετά από πόλωση σε διάφορες θερμοκρασίες για 1 ώρα σε δυναμικό -300 mV (σε σχέση με Ag/AgCl).Μπορεί να φανεί ότι η τάση πυκνότητας ρεύματος παθητικοποίησης του 2205 DSS στο ίδιο δυναμικό και διαφορετικές θερμοκρασίες είναι βασικά η ίδια και η τάση σταδιακά μειώνεται με το χρόνο και τείνει να είναι ομαλή.Καθώς η θερμοκρασία αυξανόταν σταδιακά, η πυκνότητα του ρεύματος παθητικοποίησης του 2205 DSS αυξήθηκε, κάτι που ήταν σύμφωνο με τα αποτελέσματα της πόλωσης, που έδειξε επίσης ότι τα προστατευτικά χαρακτηριστικά του στρώματος φιλμ στο μεταλλικό υπόστρωμα μειώθηκαν με την αύξηση της θερμοκρασίας του διαλύματος.
Καμπύλες ποτενσιοστατικής πόλωσης 2205 DSS στο ίδιο δυναμικό σχηματισμού φιλμ και διαφορετικές θερμοκρασίες.(α) Πυκνότητα ρεύματος σε σχέση με το χρόνο, (β) Λογάριθμος παθητικής ανάπτυξης φιλμ.
Διερευνήστε τη σχέση μεταξύ της πυκνότητας του ρεύματος παθητικοποίησης και του χρόνου σε διαφορετικές θερμοκρασίες για το ίδιο δυναμικό σχηματισμού φιλμ, όπως φαίνεται στο (1)34:
Όπου i είναι η πυκνότητα του ρεύματος παθητικοποίησης στο δυναμικό σχηματισμού φιλμ, A/cm2.A είναι η περιοχή του ηλεκτροδίου εργασίας, cm2.K είναι η κλίση της καμπύλης που προσαρμόζεται σε αυτό.t χρόνος, s
Στο σχ.Το 5b δείχνει τις καμπύλες logI και logt για 2205 DSS σε διαφορετικές θερμοκρασίες στο ίδιο δυναμικό σχηματισμού φιλμ.Σύμφωνα με τα δεδομένα της βιβλιογραφίας,35 όταν η γραμμή έχει κλίση K = -1, το στρώμα μεμβράνης που σχηματίζεται στην επιφάνεια του υποστρώματος είναι πιο πυκνό και έχει καλύτερη αντοχή στη διάβρωση στο μεταλλικό υπόστρωμα.Και όταν η ευθεία γραμμή έχει κλίση K = -0,5, το στρώμα μεμβράνης που σχηματίζεται στην επιφάνεια είναι χαλαρό, περιέχει πολλές μικρές οπές και έχει κακή αντοχή στη διάβρωση στο μεταλλικό υπόστρωμα.Μπορεί να φανεί ότι στους 30°C, 45°C, 60°C και 75°C, η δομή του στρώματος μεμβράνης αλλάζει από πυκνούς πόρους σε χαλαρούς πόρους σύμφωνα με την επιλεγμένη γραμμική κλίση.Σύμφωνα με το Point Defect Model (PDM)36,37 μπορεί να φανεί ότι το εφαρμοζόμενο δυναμικό κατά τη δοκιμή δεν επηρεάζει την πυκνότητα ρεύματος, υποδεικνύοντας ότι η θερμοκρασία επηρεάζει άμεσα τη μέτρηση της πυκνότητας ρεύματος ανόδου κατά τη διάρκεια της δοκιμής, οπότε το ρεύμα αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας.διάλυμα, και η πυκνότητα του 2205 DSS αυξάνεται και η αντίσταση στη διάβρωση μειώνεται.
Οι ημιαγωγικές ιδιότητες του στρώματος λεπτής μεμβράνης που σχηματίζεται στο DSS επηρεάζουν την αντίστασή του στη διάβρωση38, ο τύπος του ημιαγωγού και η φέρουσα πυκνότητα του στρώματος λεπτής μεμβράνης επηρεάζουν τη ρωγμή και το άνοιγμα του στρώματος λεπτής μεμβράνης DSS39,40 όπου η χωρητικότητα C και E του το δυνητικό στρώμα λεπτής μεμβράνης ικανοποιεί τη σχέση MS, το φορτίο χώρου του ημιαγωγού υπολογίζεται με τον ακόλουθο τρόπο:
Στον τύπο, ε είναι η διαπερατότητα του παθητικού φιλμ σε θερμοκρασία δωματίου, ίση με 1230, ε0 είναι η διαπερατότητα κενού, ίση με 8,85 × 10–14 F/cm, E είναι το δευτερεύον φορτίο (1,602 × 10–19 C) ;ND είναι η πυκνότητα δοτών ημιαγωγών τύπου n, cm–3, NA είναι η πυκνότητα δέκτη του ημιαγωγού τύπου p, cm–3, EFB είναι το δυναμικό επίπεδης ζώνης, V, K είναι η σταθερά Boltzmann, 1,38 × 10–3 .23 J/K, T – θερμοκρασία, K.
Η κλίση και η τομή της προσαρμοσμένης γραμμής μπορούν να υπολογιστούν προσαρμόζοντας έναν γραμμικό διαχωρισμό στη μετρούμενη καμπύλη MS, την εφαρμοσμένη συγκέντρωση (ND), την αποδεκτή συγκέντρωση (NA) και το δυναμικό επίπεδης ζώνης (Efb)42.
Στο σχ.Το σχήμα 6 δείχνει την καμπύλη Mott-Schottky του επιφανειακού στρώματος ενός φιλμ 2205 DSS που σχηματίζεται σε ένα προσομοιωμένο διάλυμα που περιέχει 100 g/l Cl- και κορεσμένο με CO2 σε δυναμικό (-300 mV) για 1 ώρα.Μπορεί να φανεί ότι όλα τα στρώματα λεπτής μεμβράνης που σχηματίζονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες έχουν τα χαρακτηριστικά των διπολικών ημιαγωγών τύπου n+p.Ο ημιαγωγός τύπου n έχει επιλεκτικότητα ανιόντων διαλύματος, η οποία μπορεί να αποτρέψει τη διάχυση κατιόντων από ανοξείδωτο χάλυβα στο διάλυμα μέσω του φιλμ παθητικοποίησης, ενώ ο ημιαγωγός τύπου p έχει επιλεκτικότητα κατιόντων, η οποία μπορεί να αποτρέψει τα διαβρωτικά ανιόντα στο διάλυμα από διασταυρώσεις παθητικοποίησης. έξω στην επιφάνεια του υποστρώματος 26 .Μπορεί επίσης να φανεί ότι υπάρχει μια ομαλή μετάβαση μεταξύ των δύο καμπυλών προσαρμογής, η μεμβράνη είναι σε κατάσταση επίπεδης ζώνης και το δυναμικό της επίπεδης ζώνης Efb μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της θέσης της ενεργειακής ζώνης ενός ημιαγωγού και την αξιολόγηση της ηλεκτροχημικής του σταθερότητα43..
Σύμφωνα με τα αποτελέσματα προσαρμογής της καμπύλης MC που παρουσιάζονται στον Πίνακα 5, υπολογίστηκαν η εξερχόμενη συγκέντρωση (ND) και η συγκέντρωση λήψης (NA) και το δυναμικό επίπεδης ζώνης Efb 44 της ίδιας τάξης μεγέθους.Η πυκνότητα του εφαρμοζόμενου ρεύματος φορέα χαρακτηρίζει κυρίως τα σημειακά ελαττώματα στο στρώμα φόρτισης χώρου και το δυναμικό διάτρησης του παθητικού φιλμ.Όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση του εφαρμοζόμενου φορέα, τόσο πιο εύκολα σπάει η στρώση μεμβράνης και τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα διάβρωσης του υποστρώματος45.Επιπλέον, με μια σταδιακή αύξηση της θερμοκρασίας του διαλύματος, η συγκέντρωση του εκπομπού ND στο στρώμα μεμβράνης αυξήθηκε από 5,273×1020 cm-3 σε 1,772×1022 cm-3, και η συγκέντρωση NA ξενιστή αυξήθηκε από 4,972×1021 σε 4,592 ×1023.cm – όπως φαίνεται στην εικ.3, το δυναμικό της επίπεδης ζώνης αυξάνεται από 0,021 V σε 0,753 V, ο αριθμός των φορέων στο διάλυμα αυξάνεται, η αντίδραση μεταξύ των ιόντων στο διάλυμα εντείνεται και η σταθερότητα του στρώματος μεμβράνης μειώνεται.Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία του διαλύματος, όσο μικρότερη είναι η απόλυτη τιμή της κλίσης της γραμμής που προσεγγίζει, τόσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα των φορέων στο διάλυμα, τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός διάχυσης μεταξύ των ιόντων και τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των κενών ιόντων στο επιφάνεια του στρώματος φιλμ., μειώνοντας έτσι το μεταλλικό υπόστρωμα, τη σταθερότητα και την αντίσταση στη διάβρωση 46,47.
Η χημική σύνθεση της μεμβράνης έχει σημαντική επίδραση στη σταθερότητα των κατιόντων μετάλλων και στην απόδοση των ημιαγωγών και η αλλαγή της θερμοκρασίας έχει σημαντική επίδραση στο σχηματισμό μιας μεμβράνης από ανοξείδωτο χάλυβα.Στο σχ.Το σχήμα 7 δείχνει το πλήρες φάσμα XPS του επιφανειακού στρώματος ενός φιλμ 2205 DSS σε ένα προσομοιωμένο διάλυμα που περιέχει 100 g/L Cl– και κορεσμένο CO2.Τα κύρια στοιχεία σε φιλμ που σχηματίζονται από τσιπς σε διαφορετικές θερμοκρασίες είναι βασικά τα ίδια και τα κύρια συστατικά των μεμβρανών είναι Fe, Cr, Ni, Mo, O, N και C. Επομένως, τα κύρια συστατικά του στρώματος φιλμ είναι Fe , Cr, Ni, Mo, O, N και C. Δοχείο με οξείδια Cr, οξείδια και υδροξείδια Fe και μικρή ποσότητα οξειδίων Ni και Mo.
Πλήρη φάσματα XPS 2205 DSS που λαμβάνονται σε διάφορες θερμοκρασίες.(α) 30°С, (β) 45°С, (γ) 60°С, (δ) 75°С.
Η κύρια σύνθεση του φιλμ σχετίζεται με τις θερμοδυναμικές ιδιότητες των ενώσεων στο φιλμ παθητικοποίησης.Σύμφωνα με την ενέργεια δέσμευσης των κύριων στοιχείων στο στρώμα μεμβράνης, που δίνεται στον πίνακα.6, μπορεί να φανεί ότι οι χαρακτηριστικές φασματικές κορυφές του Cr2p3/2 διαιρούνται σε μέταλλο Cr0 (573,7 ± 0,2 eV), Cr2O3 (574,5 ± 0,3 eV) και Cr(OH)3 (575,4 ± 0, 1 eV) ως φαίνεται στο Σχήμα 8α, στο οποίο το οξείδιο που σχηματίζεται από το στοιχείο Cr είναι το κύριο συστατικό στο φιλμ, το οποίο παίζει σημαντικό ρόλο στην αντίσταση στη διάβρωση του φιλμ και στην ηλεκτροχημική του απόδοση.Η σχετική κορυφαία ένταση του Cr2O3 στο στρώμα του φιλμ είναι υψηλότερη από αυτή του Cr(OH)3.Ωστόσο, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία του στερεού διαλύματος, η σχετική κορυφή του Cr2O3 εξασθενεί σταδιακά, ενώ η σχετική κορυφή του Cr(OH)3 σταδιακά αυξάνεται, γεγονός που υποδηλώνει τον προφανή μετασχηματισμό του κύριου Cr3+ στο στρώμα του φιλμ από Cr2O3 σε Cr(OH) 3, και η θερμοκρασία του διαλύματος αυξάνεται.
Η ενέργεια δέσμευσης των κορυφών του χαρακτηριστικού φάσματος του Fe2p3/2 αποτελείται κυρίως από τέσσερις κορυφές της μεταλλικής κατάστασης Fe0 (706,4 ± 0,2 eV), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 eV), FeO (709,5 ± 0,1 eV) και FeOOH (71) eV) ± 0,3 eV), όπως φαίνεται στο Σχ. 8b, ο Fe είναι κυρίως παρόν στο σχηματισμένο φιλμ με τη μορφή Fe2+ και Fe3+.Το Fe2+ από το FeO κυριαρχεί στο Fe(II) σε χαμηλότερες κορυφές ενέργειας δέσμευσης, ενώ οι ενώσεις Fe3O4 και Fe(III) FeOOH κυριαρχούν σε υψηλότερες κορυφές ενέργειας δέσμευσης48,49.Η σχετική ένταση της κορυφής Fe3+ είναι υψηλότερη από αυτή του Fe2+, αλλά η σχετική ένταση της κορυφής Fe3+ μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας του διαλύματος και η σχετική ένταση της κορυφής Fe2+ αυξάνεται, υποδεικνύοντας μια αλλαγή στην κύρια ουσία στο στρώμα μεμβράνης από Fe3+ σε Fe2+ για αύξηση της θερμοκρασίας του διαλύματος.
Οι χαρακτηριστικές φασματικές κορυφές του Mo3d5/2 αποτελούνται κυρίως από δύο θέσεις κορυφής Mo3d5/2 και Mo3d3/243.50, ενώ το Mo3d5/2 περιλαμβάνει μεταλλικό Mo (227,5 ± 0,3 eV), Mo4+ (228,9 ± 0,2 eV) και Mo6+ ( ± 229. ), ενώ το Mo3d3/2 περιέχει επίσης μεταλλικό Mo (230,4 ± 0,1 eV), Mo4+ (231,5 ± 0,2 eV) και Mo6+ (232, 8 ± 0,1 eV) όπως φαίνεται στο Σχήμα 8γ, επομένως τα στοιχεία Mo υπάρχουν σε πάνω από τρία σθένη κατάσταση του στρώματος φιλμ.Οι ενέργειες δέσμευσης των χαρακτηριστικών φασματικών κορυφών του Ni2p3/2 αποτελούνται από Ni0 (852,4 ± 0,2 eV) και NiO (854,1 ± 0,2 eV), όπως φαίνεται στο Σχ. 8g αντίστοιχα.Η χαρακτηριστική κορυφή N1s αποτελείται από Ν (399,6 ± 0,3 eV), όπως φαίνεται στο Σχ. 8δ.Οι χαρακτηριστικές κορυφές O1 περιλαμβάνουν O2- (529,7 ± 0,2 eV), OH- (531,2 ± 0,2 eV) και H2O (531,8 ± 0,3 eV), όπως φαίνεται στο Σχήμα. Τα κύρια συστατικά του στρώματος φιλμ είναι (OH- και O2-) , τα οποία χρησιμοποιούνται κυρίως για την οξείδωση ή την οξείδωση υδρογόνου του Cr και του Fe στο στρώμα του φιλμ.Η σχετική μέγιστη ένταση του ΟΗ- αυξήθηκε σημαντικά καθώς η θερμοκρασία αυξήθηκε από 30°C σε 75°C.Επομένως, με την αύξηση της θερμοκρασίας, η σύσταση του κύριου υλικού του O2- στο στρώμα του φιλμ αλλάζει από O2- σε ΟΗ- και O2-.
Στο σχ.Το σχήμα 9 δείχνει τη μικροσκοπική επιφανειακή μορφολογία του δείγματος 2205 DSS μετά από πόλωση δυναμικού δυναμικού σε διάλυμα μοντέλου που περιέχει 100 g/L Cl– και κορεσμένο CO2.Μπορεί να φανεί ότι στην επιφάνεια των δειγμάτων που είναι πολωμένα σε διαφορετικές θερμοκρασίες, υπάρχουν λάκκοι διάβρωσης διαφορετικών βαθμών, αυτό συμβαίνει σε ένα διάλυμα επιθετικών ιόντων και με την αύξηση της θερμοκρασίας του διαλύματος, εμφανίζεται πιο σοβαρή διάβρωση στο επιφάνεια των δειγμάτων.υπόστρωμα.Ο αριθμός των κοιλωμάτων ανά μονάδα επιφάνειας και το βάθος των κέντρων διάβρωσης αυξάνονται.
Καμπύλες διάβρωσης 2205 DSS σε διαλύματα μοντέλου που περιέχουν 100 g/l Cl– και κορεσμένο CO2 σε διαφορετικές θερμοκρασίες (α) 30°C, (β) 45°C, (γ) 60°C, (δ) 75°C γ.
Επομένως, μια αύξηση της θερμοκρασίας θα αυξήσει τη δραστηριότητα κάθε συστατικού του DSS, καθώς και θα αυξήσει τη δραστηριότητα των επιθετικών ιόντων σε ένα επιθετικό περιβάλλον, προκαλώντας έναν ορισμένο βαθμό βλάβης στην επιφάνεια του δείγματος, γεγονός που θα αυξήσει τη δραστηριότητα διάτρησης., και ο σχηματισμός λάκκων διάβρωσης θα αυξηθεί.Ο ρυθμός σχηματισμού προϊόντος θα αυξηθεί και η αντίσταση στη διάβρωση του υλικού θα μειωθεί51,52,53,54,55.
Στο σχ.Το Σχήμα 10 δείχνει τη μορφολογία και το βάθος κοίλωσης ενός δείγματος 2205 DSS πολωμένου με οπτικό ψηφιακό μικροσκόπιο εξαιρετικά μεγάλου βάθους πεδίου.Από το σχ.Το 10a δείχνει ότι μικρότερα λάκκους διάβρωσης εμφανίστηκαν επίσης γύρω από μεγάλα κοιλώματα, υποδεικνύοντας ότι η παθητικοποιητική μεμβράνη στην επιφάνεια του δείγματος καταστράφηκε εν μέρει με το σχηματισμό λάκκων διάβρωσης σε μια δεδομένη πυκνότητα ρεύματος και το μέγιστο βάθος διάτρησης ήταν 12,9 μm.όπως φαίνεται στο Σχήμα 10β.
Το DSS δείχνει καλύτερη αντοχή στη διάβρωση, ο κύριος λόγος είναι ότι το φιλμ που σχηματίζεται στην επιφάνεια του χάλυβα είναι καλά προστατευμένο σε διάλυμα, Mott-Schottky, σύμφωνα με τα παραπάνω αποτελέσματα XPS και τη σχετική βιβλιογραφία 13,56,57,58, το φιλμ κυρίως διέρχεται από τα παρακάτω Αυτή είναι η διαδικασία οξείδωσης του Fe και του Cr.
Το Fe2+ διαλύεται εύκολα και κατακρημνίζεται στη διεπιφάνεια 53 μεταξύ του φιλμ και του διαλύματος και η διαδικασία της καθοδικής αντίδρασης έχει ως εξής:
Στη διαβρωμένη κατάσταση, σχηματίζεται μια δομική μεμβράνη δύο στρώσεων, η οποία αποτελείται κυρίως από ένα εσωτερικό στρώμα οξειδίων σιδήρου και χρωμίου και ένα εξωτερικό στρώμα υδροξειδίου, και ιόντα συνήθως αναπτύσσονται στους πόρους του φιλμ.Η χημική σύνθεση του φιλμ παθητικοποίησης σχετίζεται με τις ημιαγωγικές του ιδιότητες, όπως αποδεικνύεται από την καμπύλη Mott-Schottky, υποδεικνύοντας ότι η σύνθεση του φιλμ παθητικοποίησης είναι τύπου n+p και έχει διπολικά χαρακτηριστικά.Τα αποτελέσματα XPS δείχνουν ότι το εξωτερικό στρώμα της παθητικοποιούμενης μεμβράνης αποτελείται κυρίως από οξείδια Fe και υδροξείδια που παρουσιάζουν ιδιότητες ημιαγωγού τύπου n και το εσωτερικό στρώμα αποτελείται κυρίως από οξείδια Cr και υδροξείδια που παρουσιάζουν ιδιότητες ημιαγωγού τύπου p.
Το 2205 DSS έχει υψηλή ειδική αντίσταση λόγω της υψηλής περιεκτικότητάς του σε Cr17.54 και παρουσιάζει διάφορους βαθμούς διάτρησης λόγω μικροσκοπικής γαλβανικής διάβρωσης55 μεταξύ διπλών δομών.Η διάβρωση με διάβρωση είναι ένας από τους πιο συνηθισμένους τύπους διάβρωσης στο DSS και η θερμοκρασία είναι ένας από τους σημαντικούς παράγοντες που επηρεάζουν τη συμπεριφορά της διάβρωσης με λακκούβες και έχει αντίκτυπο στις θερμοδυναμικές και κινητικές διεργασίες της αντίδρασης DSS60,61.Τυπικά, σε ένα προσομοιωμένο διάλυμα με υψηλή συγκέντρωση Cl– και κορεσμένου CO2, η θερμοκρασία επηρεάζει επίσης τον σχηματισμό σκασίματος και την έναρξη ρωγμών κατά τη διάβρωση ρωγμών λόγω τάσης κάτω από τη διάβρωση λόγω καταπόνησης και η κρίσιμη θερμοκρασία της διάβρωσης καθορίζεται για την αξιολόγηση την αντοχή στη διάβρωση.DSS.Το υλικό, το οποίο αντανακλά την ευαισθησία της μεταλλικής μήτρας στη θερμοκρασία, χρησιμοποιείται συνήθως ως σημαντική αναφορά στην επιλογή υλικού σε εφαρμογές μηχανικής.Η μέση κρίσιμη θερμοκρασία διάτρησης των 2205 DSS στο προσομοιωμένο διάλυμα είναι 66,9°C, που είναι 25,6°C υψηλότερη από αυτή του ανοξείδωτου χάλυβα Super 13Cr με 3,5% NaCl, αλλά το μέγιστο βάθος διάτρησης έφτασε τα 12,9 μm62.Τα ηλεκτροχημικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν περαιτέρω ότι οι οριζόντιες περιοχές της γωνίας και της συχνότητας φάσης στενεύουν με την αύξηση της θερμοκρασίας, και καθώς η γωνία φάσης μειώνεται από 79° σε 58°, η τιμή του |Z|μειώνεται από 1,26×104 σε 1,58×103 Ω cm2.Η αντίσταση μεταφοράς φορτίου Rct μειώθηκε από 2,958 1014 σε 2,541 103 Ω cm2, η αντίσταση διαλύματος Rs μειώθηκε από 2,953 σε 2,469 Ω cm2, η αντίσταση φιλμ Rf μειώθηκε από 5,430 10-4 cm2 σε 1,147 10-3 cm2.Η αγωγιμότητα του επιθετικού διαλύματος αυξάνεται, η σταθερότητα του στρώματος μεμβράνης μεταλλικής μήτρας μειώνεται, διαλύεται και ραγίζει εύκολα.Η πυκνότητα του ρεύματος αυτοδιάβρωσης αυξήθηκε από 1,482 σε 2,893×10-6 A cm-2, και το δυναμικό αυτοδιάβρωσης μειώθηκε από -0,532 σε -0,621 V.Μπορεί να φανεί ότι η αλλαγή της θερμοκρασίας επηρεάζει την ακεραιότητα και την πυκνότητα του στρώματος του φιλμ.
Αντίθετα, μια υψηλή συγκέντρωση Cl- και ένα κορεσμένο διάλυμα CO2 αυξάνουν σταδιακά την ικανότητα προσρόφησης του Cl- στην επιφάνεια του παθητικού φιλμ με την αύξηση της θερμοκρασίας, η σταθερότητα του φιλμ παθητικοποίησης γίνεται ασταθής και η προστατευτική επίδραση στο το υπόστρωμα γίνεται πιο αδύναμο και η ευαισθησία στο κοίλωμα αυξάνεται.Σε αυτή την περίπτωση, η δραστηριότητα των διαβρωτικών ιόντων στο διάλυμα αυξάνεται, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο μειώνεται και το επιφανειακό φιλμ του διαβρωμένου υλικού είναι δύσκολο να ανακτηθεί γρήγορα, γεγονός που δημιουργεί ευνοϊκότερες συνθήκες για περαιτέρω προσρόφηση διαβρωτικών ιόντων στην επιφάνεια.Μείωση υλικού63.Robinson et al.[64] έδειξε ότι με την αύξηση της θερμοκρασίας του διαλύματος, ο ρυθμός ανάπτυξης των κοιλωμάτων επιταχύνεται και ο ρυθμός διάχυσης των ιόντων στο διάλυμα αυξάνεται επίσης.Όταν η θερμοκρασία ανεβαίνει στους 65 °C, η διάλυση του οξυγόνου σε ένα διάλυμα που περιέχει ιόντα Cl- επιβραδύνει τη διαδικασία της καθοδικής αντίδρασης, μειώνεται ο ρυθμός διάτρησης.Ο Han20 ερεύνησε την επίδραση της θερμοκρασίας στη συμπεριφορά διάβρωσης του ανοξείδωτου χάλυβα διπλής όψης 2205 σε περιβάλλον CO2.Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αύξηση της θερμοκρασίας αύξησε την ποσότητα των προϊόντων διάβρωσης και την περιοχή των κοιλοτήτων συρρίκνωσης στην επιφάνεια του υλικού.Ομοίως, όταν η θερμοκρασία αυξάνεται στους 150°C, το φιλμ οξειδίου στην επιφάνεια σπάει και η πυκνότητα των κρατήρων είναι η υψηλότερη.Ο Lu4 ερεύνησε την επίδραση της θερμοκρασίας στη συμπεριφορά διάβρωσης του διπλού ανοξείδωτου χάλυβα 2205 από την παθητικοποίηση έως την ενεργοποίηση σε ένα γεωθερμικό περιβάλλον που περιέχει CO2.Τα αποτελέσματά τους δείχνουν ότι σε θερμοκρασία δοκιμής κάτω από 150 °C, το σχηματιζόμενο φιλμ έχει μια χαρακτηριστική άμορφη δομή και η εσωτερική διεπιφάνεια περιέχει ένα στρώμα πλούσιο σε νικέλιο και σε θερμοκρασία 300 °C, το προκύπτον προϊόν διάβρωσης έχει δομή νανοκλίμακας .-πολυκρυσταλλικό FeCr2O4, CrOOH και NiFe2O4.
Στο σχ.11 είναι ένα διάγραμμα της διαδικασίας διάβρωσης και σχηματισμού φιλμ του 2205 DSS.Πριν από τη χρήση, το 2205 DSS σχηματίζει ένα παθητικό φιλμ στην ατμόσφαιρα.Αφού βυθιστεί σε περιβάλλον που προσομοιώνει ένα διάλυμα που περιέχει διαλύματα με υψηλή περιεκτικότητα σε Cl- και CO2, η επιφάνειά του περιβάλλεται γρήγορα από διάφορα επιθετικά ιόντα (Cl-, CO32- κ.λπ.).).Ο J. Banas 65 κατέληξε στο συμπέρασμα ότι σε ένα περιβάλλον όπου CO2 υπάρχει ταυτόχρονα, η σταθερότητα της παθητικοποιούμενης μεμβράνης στην επιφάνεια του υλικού θα μειωθεί με το χρόνο και το σχηματιζόμενο ανθρακικό οξύ τείνει να αυξήσει την αγωγιμότητα των ιόντων στην παθητικοποίηση στρώμα.φιλμ και επιτάχυνση της διάλυσης των ιόντων σε ένα παθητικό φιλμ.παθητικοποιητική ταινία.Έτσι, το στρώμα μεμβράνης στην επιφάνεια του δείγματος βρίσκεται σε ένα στάδιο δυναμικής ισορροπίας διάλυσης και επαναπαθητοποίησης66, το Cl- μειώνει τον ρυθμό σχηματισμού του στρώματος επιφανειακής μεμβράνης και μικροσκοπικές κοιλότητες εμφανίζονται στην γειτονική περιοχή της επιφάνειας του φιλμ, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3. Εμφάνιση.Όπως φαίνεται στο Σχήμα 11α και β, μικροσκοπικά ασταθή λάκκους διάβρωσης εμφανίζονται ταυτόχρονα.Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η δραστηριότητα των διαβρωτικών ιόντων στο διάλυμα στο στρώμα μεμβράνης αυξάνεται και το βάθος των μικροσκοπικών ασταθών κοιλοτήτων αυξάνεται έως ότου το στρώμα μεμβράνης διεισδύσει πλήρως από το διαφανές, όπως φαίνεται στο Σχήμα 11γ.Με περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας του διαλυτικού μέσου, η περιεκτικότητα σε διαλυμένο CO2 στο διάλυμα επιταχύνεται, γεγονός που οδηγεί σε μείωση της τιμής του pH του διαλύματος, αύξηση της πυκνότητας των μικρότερων ασταθών κοιλοτήτων διάβρωσης στην επιφάνεια SPP , το βάθος των αρχικών λάκκων διάβρωσης διαστέλλεται και βαθαίνει και η παθητικοποιητική μεμβράνη στην επιφάνεια του δείγματος Καθώς το πάχος μειώνεται, η παθητικοποίηση της μεμβράνης γίνεται πιο επιρρεπής σε διάτρηση όπως φαίνεται στο Σχήμα 11δ.Και τα ηλεκτροχημικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν επιπλέον ότι η αλλαγή της θερμοκρασίας έχει κάποια επίδραση στην ακεραιότητα και την πυκνότητα του φιλμ.Έτσι, μπορεί να φανεί ότι η διάβρωση σε διαλύματα κορεσμένα με CO2 που περιέχουν υψηλές συγκεντρώσεις Cl- είναι σημαντικά διαφορετική από τη διάβρωση σε διαλύματα που περιέχουν χαμηλές συγκεντρώσεις Cl-67,68.
Διαδικασία διάβρωσης 2205 DSS με σχηματισμό και καταστροφή νέου φιλμ.(α) Διαδικασία 1, (β) Διαδικασία 2, (γ) Διαδικασία 3, (δ) Διαδικασία 4.
Η μέση κρίσιμη θερμοκρασία διάτρησης των 2205 DSS σε ένα προσομοιωμένο διάλυμα που περιέχει 100 g/l Cl– και κορεσμένο CO2 είναι 66,9 ℃ και το μέγιστο βάθος διάτρησης είναι 12,9 μm, το οποίο μειώνει την αντίσταση διάβρωσης του 2205 DSS και αυξάνει την ευαισθησία στο άνοιγμα .αύξηση της θερμοκρασίας.
Ώρα δημοσίευσης: Φεβ-16-2023