Þakka þér fyrir að heimsækja Nature.com.Þú ert að nota vafraútgáfu með takmarkaðan CSS stuðning.Til að fá bestu upplifunina mælum við með því að þú notir uppfærðan vafra (eða slökkva á eindrægnistillingu í Internet Explorer).Að auki, til að tryggja áframhaldandi stuðning, sýnum við síðuna án stíla og JavaScript.
Sýnir hringekju með þremur skyggnum í einu.Notaðu Fyrri og Næsta hnappana til að fara í gegnum þrjár skyggnur í einu, eða notaðu sleðahnappana í lokin til að fara í gegnum þrjár skyggnur í einu.
Duplex 2205 ryðfrítt stál (DSS) hefur góða tæringarþol vegna dæmigerðrar tvíhliða uppbyggingar, en sífellt harðara CO2-innihaldandi olíu- og gasumhverfi veldur mismikilli tæringu, sérstaklega gryfju, sem ógnar alvarlega öryggi og áreiðanleika olíu og náttúrunnar. gas forrit.gasþróun.Í þessari vinnu eru dýfingarpróf og rafefnafræðileg próf notuð ásamt laser confocal smásjá og röntgenljósrófsgreiningu.Niðurstöðurnar sýndu að meðalhitastig fyrir gryfju 2205 DSS var 66,9 °C.Þegar hitastigið er hærra en 66,9 ℃ minnkar niðurbrotsmöguleikinn, aðgerðabilið og sjálftæringargetan, straumþéttleiki stærðarinnar eykst og næmni gryfjunnar eykst.Með frekari hækkun hitastigs minnkar radíus rafrýmdarinnar 2205 DSS, yfirborðsviðnám og hleðsluflutningsviðnám minnkar smám saman og þéttleiki gjafa- og viðtakarbera í filmulagi vörunnar með n + p-tvískauta eiginleika einnig eykst, innihald Cr oxíða í innra lagi filmunnar minnkar, eykur innihald Fe oxíða í ytra lagi, upplausn filmulagsins eykst, stöðugleiki minnkar, fjöldi hola og porastærð eykst.
Í samhengi við hraða efnahagslega og félagslega þróun og félagslegar framfarir heldur eftirspurn eftir olíu- og gasauðlindum áfram að aukast, sem neyðir olíu- og gasþróun til að færast smám saman til suðvestur- og aflandssvæða með erfiðari aðstæður og umhverfi, þannig að rekstrarskilyrði slöngur niðri í holu verða sífellt alvarlegri..Rýrnun 1,2,3.Á sviði olíu- og gasleitar, þegar aukning á CO2 4 og seltu og klórinnihaldi 5, 6 í framleiddum vökva, verður venjulegt 7 kolefnis stálrör fyrir alvarlegri tæringu, jafnvel þótt tæringarhemlum sé dælt inn í rörstrenginn, Ekki er hægt að bæla tæringu á áhrifaríkan hátt. Stál getur ekki lengur uppfyllt kröfur um langtíma notkun í sterku ætandi CO28,9,10 umhverfi.Rannsakendur sneru sér að tvíhliða ryðfríu stáli (DSS) með betri tæringarþol.2205 DSS, innihald ferríts og austeníts í stálinu er um 50%, hefur framúrskarandi vélræna eiginleika og tæringarþol, yfirborðsaðgerðarfilman er þétt, hefur framúrskarandi samræmda tæringarþol, verðið er lægra en á nikkel-undirstaða málmblöndur 11 , 12. Þannig er 2205 DSS almennt notað sem þrýstihylki í ætandi umhverfi, olíubrunnshlíf í ætandi CO2 umhverfi, vatnskælir fyrir þéttikerfi í olíu- og efnasviðum 13, 14, 15, en 2205 DSS getur einnig haft ætandi götun. í þjónustu.
Sem stendur hafa margar rannsóknir á CO2- og Cl-pitting tæringu 2205 DSS verið gerðar hérlendis og erlendis [16,17,18].Ebrahimi19 komst að því að með því að bæta kalíumdíkrómatsalti við NaCl lausn getur það hamlað 2205 DSS gryfju og aukinn styrkur kalíumdíkrómats eykur mikilvægan hitastig 2205 DSS gryfju.Hins vegar eykst gryfjunarmöguleiki 2205 DSS vegna þess að ákveðinn styrkur NaCl er bætt við kalíumdíkrómat og minnkar með auknum NaCl styrk.Han20 sýnir að við 30 til 120°C er uppbygging 2205 DSS passiverandi filmu blanda af Cr2O3 innra lagi, FeO ytra lagi og ríku Cr;þegar hitastigið fer upp í 150 °C leysist passivation filman upp., innri uppbygging breytist í Cr2O3 og Cr(OH)3 og ytra lagið breytist í Fe(II,III) oxíð og Fe(III) hýdroxíð.Peguet21 komst að því að kyrrstæð gryfjun á S2205 ryðfríu stáli í NaCl-lausn á sér stað venjulega ekki undir mikilvægu gryfjuhitastigi (CPT) heldur á umbreytingarhitastigi (TTI).Thiadi22 komst að þeirri niðurstöðu að þegar styrkur NaCl eykst, minnkar tæringarþol S2205 DSS verulega og því neikvæðari sem beitt möguleiki er, því verri er tæringarþol efnisins.
Í þessari grein var dynamic potential scanning, viðnám litrófsgreining, fast potential, Mott-Schottky ferill og sjón rafeindasmásjá notuð til að rannsaka áhrif mikillar seltu, hárs Cl– styrks og hitastigs á tæringarhegðun 2205 DSS.og ljósrófsgreiningu, sem veitir fræðilegan grunn fyrir örugga notkun 2205 DSS í olíu- og gasumhverfi sem inniheldur CO2.
Prófunarefnið er valið úr lausnmeðhöndluðu stáli 2205 DSS (stálgráða 110ksi), og helstu efnasamsetningin er sýnd í töflu 1.
Stærð rafefnasýnisins er 10 mm × 10 mm × 5 mm, það er hreinsað með asetoni til að fjarlægja olíu og algert etanól og þurrkað.Bakið á prófunarhlutanum er lóðað til að tengja viðeigandi lengd koparvírs.Eftir suðu skaltu nota margmæli (VC9801A) til að athuga rafleiðni soðnu prófunarhlutans og innsigla síðan yfirborðið sem ekki virkar með epoxýi.Notaðu 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# kísilkarbíð vatnssandpappír til að pússa vinnuflötinn á fægivélinni með 0,25um fægiefni þar til yfirborðið er gróft Ra≤1,6um, og að lokum hreinsaðu og settu í hitastillinn .
Notuð var Priston (P4000A) rafefnafræðileg vinnustöð með þriggja rafskautakerfi.Platínu rafskaut (Pt) með flatarmál 1 cm2 þjónaði sem hjálparrafskaut, DSS 2205 (með flatarmáli 1 cm2) var notað sem vinnurafskaut og viðmiðunarrafskaut (Ag/AgCl) var notað.Líkanlausnin sem notuð var í prófinu var útbúin samkvæmt (Tafla 2).Fyrir prófið var N2-lausn með mikla hreinleika (99,99%) látin fara í 1 klst og síðan var CO2 látinn í 30 mínútur til að afoxa lausnina., og CO2 í lausninni var alltaf í mettunarástandi.
Settu fyrst sýnið í tankinn sem inniheldur prófunarlausnina og settu það í vatnsbað með stöðugu hitastigi.Upphafshitastigið er 2°C og hitastigshækkuninni er stjórnað á hraðanum 1°C/mín og hitastiginu er stjórnað.við 2-80°C.Celsíus.Prófið byrjar á stöðugum spennu (-0,6142 Vs.Ag/AgCl) og prófunarferillinn er It-ferill.Samkvæmt krítískum gryfjuhitaprófunarstaðlinum er hægt að þekkja It-ferilinn.Hitastigið þar sem straumþéttleikinn fer upp í 100 μA/cm2 er kallað mikilvæga gryfjuhitastigið.Meðalhitastig fyrir gryfju er 66,9 °C.Prófunarhitastig fyrir skautunarferilinn og viðnámsrófið var valið til að vera 30°C, 45°C, 60°C og 75°C, í sömu röð, og prófið var endurtekið þrisvar sinnum við sömu sýnisskilyrði til að draga úr mögulegum frávikum.
Málmsýni sem var útsett fyrir lausninni var fyrst skautað við bakskautsspennu (-1,3 V) í 5 mínútur áður en kraftafræðileg skautunarferill var prófaður til að útrýma oxíðfilmunni sem myndast á vinnuyfirborði sýnisins og síðan við opið hringrásargetu sem nemur 1 klst þar til tæringarspennan verður ekki staðfest.Skannahraði kraftmikilla skautunarferilsins var stillt á 0,333mV/s og skannabilgetan var stillt á -0,3~1,2V á móti OCP.Til að tryggja nákvæmni prófsins voru sömu prófunarskilyrði endurtekin 3 sinnum.
Viðnámsrófsprófunarhugbúnaður – Versa Studio.Prófið var fyrst framkvæmt við stöðuga opnu straumspennu, amplitude víxl truflunarspennu var stillt á 10 mV og mælitíðni stillt á 10–2–105 Hz.litrófsgögn eftir prófun.
Núverandi tímaferilprófunarferli: veldu mismunandi aðgerðarmöguleika í samræmi við niðurstöður anodískrar skautunarferilsins, mældu It-ferilinn við stöðugan styrk og passaðu tvöfalda logaritmaferilinn til að reikna út halla búnaðarferilsins fyrir kvikmyndagreiningu.aðferð við myndun passivating filmu.
Eftir að spennan í opnu hringrásinni er orðin stöðug skaltu framkvæma Mott-Schottky ferilpróf.Prófunarmögulegt skannasvið 1,0~-1,0V (vS.Ag/AgCl), skannahraði 20mV/s, prófunartíðni stillt á 1000Hz, örvunarmerki 5mV.
Notaðu röntgenljósrófsgreiningu (XPS) (ESCALAB 250Xi, Bretlandi) til að spútprófa samsetningu og efnafræðilegt ástand yfirborðsaðgerðarfilmunnar eftir 2205 DSS filmumyndun og framkvæma vinnslu mæligagna með hámarkshæfni með því að nota betri hugbúnað.borið saman við gagnagrunna yfir atómróf og tengdar ritgerðir23 og kvarðaðar með C1s (284,8 eV).Formgerð tæringar og dýpt hola á sýnunum voru auðkennd með því að nota ofurdjúpa sjónræna stafræna smásjá (Zeiss Smart Zoom5, Þýskalandi).
Sýnið var prófað við sama straumstyrk (-0,6142 V rel. Ag/AgCl) með stöðugu spennuaðferðinni og tæringarstraumsferillinn skráður með tímanum.Samkvæmt CPT prófunarstaðlinum eykst skautunarstraumþéttleiki smám saman með hækkandi hitastigi.1 sýnir mikilvæga gryfjuhitastigið 2205 DSS í hermalausn sem inniheldur 100 g/L Cl– og mettað CO2.Það má sjá að við lágt hitastig lausnarinnar breytist straumþéttleiki nánast ekki með auknum prófunartíma.Og þegar hitastig lausnarinnar jókst í ákveðið gildi jókst straumþéttleiki hratt, sem gefur til kynna að upplausnarhraði passiveringsfilmunnar jókst með aukningu á hitastigi lausnarinnar.Þegar hitastig föstu lausnarinnar er hækkað úr 2°C í um það bil 67°C, eykst skautunarstraumþéttleiki 2205DSS í 100µA/cm2, og meðaltal gagnrýninn gryfjuhitastig 2205DSS er 66,9°C, sem er um 16,6°C hærri en 2205DSS.staðall 3,5 wt.% NaCl (0,7 V)26.Mikilvægur gryfjuhitastig fer eftir beittum möguleikum á mælingartímanum: því lægri sem beitt möguleiki er, því hærra er mældur mikilvægur holuhitastig.
Pitting mikilvægur hitaferill úr 2205 tvíhliða ryðfríu stáli í hermalausn sem inniheldur 100 g/L Cl– og mettað CO2.
Á mynd.2 sýnir straumlínur af 2205 DSS í hermilausnum sem innihalda 100 g/L Cl- og mettað CO2 við mismunandi hitastig.Það má sjá að Nyquist skýringarmynd 2205DSS við mismunandi hitastig samanstendur af hátíðni, miðtíðni og lágtíðni viðnámsrýmdarbogum og viðnámsrýmdbogarnir eru ekki hálfhringlaga.Radíus rafrýmdarinnar endurspeglar viðnámsgildi passiveringsfilmunnar og gildi hleðsluflutningsviðnámsins meðan á rafskautsviðbrögðum stendur.Almennt er viðurkennt að eftir því sem radíus rafrýmdarinnar er stærri, því betri er tæringarþol málmundirlagsins í lausn27.Við lausnarhitastig sem er 30 °C er radíus rafrýmdar ljósbogans á Nyquist skýringarmyndinni og fasahornið á skýringarmyndinni af viðnámsstuðlinum |Z|Bode er hæst og 2205 DSS tæring er minnst.Þegar hitastig lausnarinnar eykst mun |Z|viðnámsstuðull, hringradíus og lausnarviðnám minnkar, auk þess minnkar fasahornið einnig úr 79 Ω í 58 Ω á millitíðnisvæðinu, sem sýnir breiðan topp og þétt innra lag og dreifður (gljúpur) ytri lag eru aðal einkenni óeinsleitrar óvirkrar kvikmyndar28.Þess vegna, þegar hitastigið hækkar, leysist passiveringsfilman sem myndast á yfirborði málmundirlagsins upp og sprungur, sem veikir verndandi eiginleika undirlagsins og rýrar tæringarþol efnisins29.
Með því að nota ZSimDeme hugbúnaðinn til að passa viðnámsrófsgögnin, er samsvarandi hringrásin sýnd á mynd 330, þar sem Rs er herma lausnarviðnám, Q1 er rýmd filmunnar, Rf er viðnám myndaðrar aðgerðarfilmu, Q2 er tvöföldun. lag rýmd, og Rct er hleðsluflutningsviðnám.Frá niðurstöðum mátun í töflu.3 sýnir að eftir því sem hitastig hermilausnarinnar eykst lækkar gildi n1 úr 0,841 í 0,769, sem gefur til kynna aukningu á bilinu milli tveggja laga þétta og minnkun á þéttleika.Hleðsluflutningsviðnám Rct minnkaði smám saman úr 2.958×1014 í 2.541×103 Ω cm2, sem benti til hægfara lækkunar á tæringarþol efnisins.Viðnám lausnarinnar Rs minnkaði úr 2,953 í 2,469 Ω cm2, og rýmd Q2 á passiverandi filmu minnkaði úr 5,430 10-4 í 1,147 10-3 Ω cm2, leiðni lausnarinnar jókst, stöðugleiki passiveringsfilmunnar minnkaði , og lausnin Cl-, SO42-, o.s.frv.) í miðlinum eykst, sem flýtir fyrir eyðingu passiveringsfilmunnar31.Þetta leiðir til lækkunar á filmuviðnáminu Rf (úr 4662 í 849 Ω cm2) og lækkunar á skautunarviðnáminu Rp (Rct+Rf) sem myndast á yfirborði tvíhliða ryðfríu stálsins.
Þess vegna hefur hitastig lausnarinnar áhrif á tæringarþol DSS 2205. Við lágt hitastig lausnarinnar á sér stað hvarfferli milli bakskautsins og rafskautsins í nærveru Fe2 +, sem stuðlar að hraðri upplausn og tæringu rafskaut, auk passivation kvikmyndarinnar sem myndast á yfirborðinu, fullkomnari og meiri þéttleiki, meiri viðnám hleðsluflutnings milli lausna, hægir á upplausn málmfylkisins og sýnir betri tæringarþol.Þegar hitastig lausnarinnar eykst minnkar viðnámið gegn hleðsluflutningi Rct, hvarfhraði jóna í lausninni hraðar og dreifingarhraði árásargjarnra jóna hraðar, þannig að upphaflegu tæringarafurðirnar myndast aftur á yfirborði undirlagið frá yfirborði málmundirlagsins.Þynnri aðgerðarfilma veikir verndandi eiginleika undirlagsins.
Á mynd.Mynd 4 sýnir kraftmikla skautunarferla 2205 DSS í hermilausnum sem innihalda 100 g/L Cl– og mettað CO2 við mismunandi hitastig.Það má sjá á myndinni að þegar spennan er á bilinu frá -0,4 til 0,9 V, hafa rafskautsferlar við mismunandi hitastig augljós passivation svæði og sjálftæringarmöguleiki er um -0,7 til -0,5 V. Eins og þéttleiki eykur straum upp í 100 μA/cm233 rafskautsferillinn er venjulega kallaður holapottur (Eb eða Etra).Þegar hitastigið hækkar minnkar aðgerðabilið, sjálftæringarmöguleikinn minnkar, tæringarstraumþéttleiki hefur tilhneigingu til að aukast og skautunarferillinn færist niður til hægri, sem gefur til kynna að filman sem myndast af DSS 2205 í hermilausninni hafi virkt starfsemi.innihald 100 g/l Cl– og mettað CO2, eykur næmni fyrir gryfjutæringu, skemmist auðveldlega af árásargjarnum jónum, sem leiðir til aukinnar tæringar á málmgrunni og minnkandi tæringarþols.
Það má sjá af töflu 4 að þegar hitastigið hækkar úr 30°C í 45°C minnkar samsvarandi ofleiðingarmöguleiki örlítið, en aðgerðarstraumþéttleiki samsvarandi stærðar eykst verulega, sem gefur til kynna að vörn passiveringsfilmunnar undir þessum aðstæður aukast með hækkandi hitastigi.Þegar hitinn er kominn upp í 60°C minnkar samsvarandi gryfjunarmöguleiki verulega og þessi þróun verður áberandi eftir því sem hitastigið hækkar.Það skal tekið fram að við 75°C kemur marktækur skammvinn straumstoppur fram á myndinni, sem gefur til kynna tilvist metstöðugrar gryfjutæringar á yfirborði sýnisins.
Þess vegna, með aukningu á hitastigi lausnarinnar, minnkar magn súrefnis sem er uppleyst í lausninni, pH gildi filmuyfirborðsins lækkar og stöðugleiki passiveringsfilmunnar minnkar.Að auki, því hærra sem hitastig lausnarinnar er, því meiri virkni árásargjarnra jóna í lausninni og því meiri skaða á yfirborðsfilmulagi undirlagsins.Oxíð sem myndast í filmulaginu falla auðveldlega af og hvarfast við katjónir í filmulagið til að mynda leysanleg efnasambönd sem auka líkurnar á gryfju.Þar sem endurmyndað filmulagið er tiltölulega laust, eru verndandi áhrif á undirlagið lítil, sem eykur tæringu málmundirlagsins.Niðurstöður kvikskauunarmöguleikaprófsins eru í samræmi við niðurstöður viðnámsrófsgreiningar.
Á mynd.Mynd 5a sýnir It-ferilinn fyrir 2205 DSS í líkanlausn sem inniheldur 100 g/L Cl– og mettað CO2.Passunarstraumþéttleiki sem fall af tíma var fengin eftir skautun við mismunandi hitastig í 1 klst við -300 mV (miðað við Ag/AgCl).Það má sjá að straumþéttniþróun 2205 DSS við sama möguleika og mismunandi hitastig er í grundvallaratriðum sú sama og stefnan minnkar smám saman með tímanum og hefur tilhneigingu til að vera slétt.Þegar hitastigið jókst smám saman, jókst passivation straumþéttleiki 2205 DSS, sem var í samræmi við niðurstöður skautunar, sem einnig benti til þess að verndareiginleikar filmulagsins á málmundirlaginu minnkuðu með hækkandi hitastigi lausnarinnar.
Potentiostatic skautun ferlar 2205 DSS við sama filmumyndunargetu og mismunandi hitastig.(a) Straumþéttleiki á móti tíma, (b) Óvirkur filmuvöxtur logaritmi.
Rannsakaðu sambandið á milli óvirkrar straumþéttleika og tíma við mismunandi hitastig fyrir sama filmumyndunarmöguleika, eins og sýnt er í (1)34:
Þar sem i er aðgerðarstraumþéttleiki við filmumyndunarmöguleika, A/cm2.A er flatarmál rafskautsins, cm2.K er halli ferilsins sem festur er á hann.t tími, s
Á mynd.5b sýnir logI og logt ferla fyrir 2205 DSS við mismunandi hitastig við sama filmumyndunarmöguleika.Samkvæmt bókmenntagögnum,35 þegar línan hallar K = -1, er filmulagið sem myndast á yfirborði undirlagsins þéttara og hefur betri tæringarþol gegn málmundirlaginu.Og þegar bein línan hallar K = -0,5 er filmulagið sem myndast á yfirborðinu laust, inniheldur mörg lítil göt og hefur lélega tæringarþol fyrir málmundirlaginu.Það má sjá að við 30°C, 45°C, 60°C og 75°C breytist uppbygging filmulagsins úr þéttum svitaholum í lausar svitaholur í samræmi við valinn línulegan halla.Samkvæmt Point Defect Model (PDM)36,37 má sjá að beitt möguleiki meðan á prófun stendur hefur ekki áhrif á straumþéttleika, sem gefur til kynna að hitastigið hafi bein áhrif á mælingu á rafskautstraumsþéttleika meðan á prófun stendur, þannig að straumurinn hækkar með hækkandi hitastigi.lausn, og þéttleiki 2205 DSS eykst og tæringarþol minnkar.
Hálfleiðaraeiginleikar þunnfilmulagsins sem myndast á DSS hafa áhrif á tæringarþol þess38, gerð hálfleiðara og burðarþéttleiki þunnfilmulagsins hafa áhrif á sprungu og gryfju þunnfilmulagsins DSS39,40 þar sem rýmd C og E á hugsanlega þunnfilmulagið uppfyllir tengslin MS, rúmhleðsla hálfleiðarans er reiknuð út á eftirfarandi hátt:
Í formúlunni er ε leyfni passiveringsfilmunnar við stofuhita, jöfn 1230, ε0 er tómarúmsleyft, jöfn 8,85 × 10–14 F/cm, E er aukahleðslan (1,602 × 10–19 C) ;ND er þéttleiki n-gerð hálfleiðaragjafa, cm–3, NA er viðtaksþéttleiki p-gerð hálfleiðara, cm–3, EFB er flatbandsmöguleiki, V, K er Boltzmanns fasti, 1,38 × 10–3 .23 J/K, T – hitastig, K.
Hægt er að reikna út halla og skurðpunkt línunnar með því að setja línulega aðskilnað við mældan MS-feril, beittan styrk (ND), samþykktan styrk (NA) og flatbandsgetu (Efb)42.
Á mynd.Mynd 6 sýnir Mott-Schottky feril yfirborðslags 2205 DSS filmu sem er mynduð í hermalausn sem inniheldur 100 g/l Cl- og mettuð með CO2 við styrkleika (-300 mV) í 1 klukkustund.Það má sjá að öll þunnfilmulög sem myndast við mismunandi hitastig hafa einkenni tvískauta hálfleiðara af n+p-gerð.n-gerð hálfleiðarinn hefur anjónaval í lausn, sem getur komið í veg fyrir að ryðfríar katjónir úr ryðfríu stáli dreifist inn í lausnina í gegnum passiveringsfilmuna, en p-gerð hálfleiðarinn hefur katjónavalhæfileika, sem getur komið í veg fyrir að ætandi anjónir í lausninni fari í passivation kross. út á yfirborð undirlagsins 26 .Það má líka sjá að það eru slétt umskipti á milli tveggja passaferla, filman er í flatu bandi og hægt er að nota flatbandpottinn Efb til að ákvarða stöðu orkusviðs hálfleiðara og meta rafefnafræðilega eiginleika þess. stöðugleiki43..
Samkvæmt niðurstöðum MC ferilfestingar sem sýndar eru í töflu 5 var útstreymisstyrkur (ND) og móttökustyrkur (NA) og flatbandsmöguleiki Efb 44 í sömu stærðargráðu reiknaður.Þéttleiki burðarstraumsins sem er notaður einkennir aðallega punktgalla í geimhleðslulaginu og gryfjunarmöguleika passiveringsfilmunnar.Því hærra sem styrkur burðarefnisins er, því auðveldara brotnar filmulagið og því meiri líkur eru á tæringu undirlags45.Að auki, með hægfara aukningu á hitastigi lausnarinnar, jókst styrkur ND emitter í filmulaginu úr 5,273×1020 cm-3 í 1,772×1022 cm-3 og styrkur NA hýsils jókst úr 4,972×1021 í 4,592 ×1023.cm – eins og sýnt er á mynd.3 eykst flatbandsmöguleikinn úr 0,021 V í 0,753 V, fjöldi burðarefna í lausninni eykst, hvarf jóna í lausninni eflast og stöðugleiki filmulagsins minnkar.Eftir því sem hitastig lausnarinnar eykst, því minni sem algildið er á halla nálgunarlínunnar, því meiri þéttleiki burðarefna í lausninni, því meiri dreifingarhraði milli jóna og því meiri fjöldi jónalausra jóna á yfirborð filmulagsins., þar með draga úr málmi undirlag, stöðugleika og tæringarþol 46,47.
Efnasamsetning kvikmyndarinnar hefur veruleg áhrif á stöðugleika málmkatjóna og frammistöðu hálfleiðara og hitabreytingin hefur mikilvæg áhrif á myndun ryðfríu stálfilmu.Á mynd.Mynd 7 sýnir allt XPS litróf yfirborðslags 2205 DSS filmu í hermalausn sem inniheldur 100 g/L Cl– og mettað CO2.Helstu þættir í filmum sem myndast af flögum við mismunandi hitastig eru í grundvallaratriðum eins og helstu þættir filmanna eru Fe, Cr, Ni, Mo, O, N og C. Þess vegna eru helstu þættir filmulagsins Fe. , Cr, Ni, Mo, O, N og C. Ílát með Cr oxíðum, Fe oxíðum og hýdroxíðum og lítið magn af Ni og Mo oxíðum.
Fullt XPS 2205 DSS litróf tekið við mismunandi hitastig.(a) 30°С, (b) 45°С, (c) 60°С, (d) 75°С.
Meginsamsetning filmunnar er tengd varmafræðilegum eiginleikum efnasambandanna í passiveringsfilmunni.Samkvæmt bindiorku helstu frumefna í filmulaginu, gefið upp í töflu.6, má sjá að einkennandi litrófstoppar Cr2p3/2 eru skipt í málm Cr0 (573,7 ± 0,2 eV), Cr2O3 (574,5 ± 0,3 eV), og Cr(OH)3 (575,4 ± 0, 1 eV) sem sýnt á mynd 8a, þar sem oxíðið sem myndast af Cr frumefninu er aðalþátturinn í filmunni, sem gegnir mikilvægu hlutverki í tæringarþol filmunnar og rafefnafræðilegri frammistöðu hennar.Hlutfallslegur hámarksstyrkur Cr2O3 í filmulaginu er hærri en Cr(OH)3.Hins vegar, þegar hitastig í föstu lausninni eykst, veikist hlutfallslegur toppur Cr2O3 smám saman, en hlutfallslegur toppur Cr(OH)3 eykst smám saman, sem gefur til kynna augljósa umbreytingu aðal Cr3+ í filmulaginu úr Cr2O3 í Cr(OH) 3, og hitastig lausnarinnar hækkar.
Bindingorka toppanna á einkennandi litróf Fe2p3/2 samanstendur aðallega af fjórum toppum málmástandsins Fe0 (706,4 ± 0,2 eV), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 eV), FeO (709,5 ± 0,1 eV ) og FeOOH (71) eV) ± 0,3 eV), eins og sýnt er á mynd 8b, er Fe aðallega til staðar í mynduðu filmunni í formi Fe2+ og Fe3+.Fe2+ úr FeO ræður ríkjum yfir Fe(II) við lægri bindiorkutoppa, en Fe3O4 og Fe(III) FeOOH efnasambönd ráða við hærri bindiorkutoppa48,49.Hlutfallslegur styrkur Fe3+ toppsins er hærri en Fe2+, en hlutfallslegur styrkur Fe3+ toppsins minnkar með hækkandi hitastigi lausnarinnar og hlutfallslegur styrkur Fe2+ toppsins eykst, sem gefur til kynna breytingu á aðalefninu í filmulaginu frá kl. Fe3+ til Fe2+ til að hækka hitastig lausnarinnar.
Einkennandi litrófstoppar Mo3d5/2 samanstanda aðallega af tveimur toppstöðum Mo3d5/2 og Mo3d3/243.50, en Mo3d5/2 inniheldur málmrænt Mo (227.5 ± 0.3 eV), Mo4+ (228.9 ± 0.2 eV) og Mo6+ (±V 29. ), en Mo3d3/2 inniheldur einnig málmkennt Mo (230,4 ± 0,1 eV), Mo4+ (231,5 ± 0,2 eV) og Mo6+ (232, 8 ± 0,1 eV) eins og sýnt er á mynd 8c, þannig að Mo frumefnin eru til í gildinu yfir þrjú ástand filmulagsins.Binduorka einkennandi litrófstoppa Ni2p3/2 samanstendur af Ni0 (852,4 ± 0,2 eV) og NiO (854,1 ± 0,2 eV), eins og sýnt er á mynd 8g í sömu röð.Einkennandi N1s toppurinn samanstendur af N (399,6 ± 0,3 eV), eins og sýnt er á mynd 8d.Einkennandi O1s toppar eru O2- (529,7 ± 0,2 eV), OH- (531,2 ± 0,2 eV) og H2O (531,8 ± 0,3 eV), eins og sýnt er á mynd. Helstu þættir filmulagsins eru (OH- og O2 -). , sem eru aðallega notuð til oxunar eða vetnisoxunar á Cr og Fe í filmulaginu.Hlutfallslegur hámarksstyrkur OH- jókst verulega þegar hitastigið hækkaði úr 30°C í 75°C.Því með hækkun hitastigs breytist aðalefnissamsetning O2- í filmulaginu úr O2- í OH- og O2-.
Á mynd.Mynd 9 sýnir smásjá yfirborðsformgerð sýnis 2205 DSS eftir kraftmikla skautun í líkanlausn sem inniheldur 100 g/L Cl– og mettað CO2.Það má sjá að á yfirborði sýnanna sem eru skautuð við mismunandi hitastig eru mismikla tæringarholar, þetta gerist í lausn árásargjarnra jóna og með hækkun á hitastigi lausnarinnar verður alvarlegri tæring á yfirborð sýnanna.undirlag.Fjöldi gryfjugryfja á hverja flatarmálseiningu og dýpt tæringarstöðva eykst.
Tæringarferlar 2205 DSS í módellausnum sem innihalda 100 g/l Cl– og mettað CO2 við mismunandi hitastig (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c .
Þess vegna mun hækkun hitastigs auka virkni hvers þáttar í DSS, auk þess að auka virkni árásargjarnra jóna í árásargjarnu umhverfi, sem veldur ákveðnu tjóni á yfirborði sýnisins, sem mun auka gryfjuvirkni., og myndun tæringargryfja mun aukast.Hraði vörumyndunar mun aukast og tæringarþol efnisins mun minnka51,52,53,54,55.
Á mynd.10 sýnir formgerð og gryfjudýpt 2205 DSS sýnis skautað með sjónrænni stafrænni smásjá með mjög mikilli dýptarskerpu.Frá mynd.10a sýnir að smærri tæringarholar komu einnig fram í kringum stórar gryfjur, sem gefur til kynna að passiveringsfilman á yfirborði sýnisins hafi eyðilagst að hluta við myndun tæringarhola við tiltekinn straumþéttleika og hámarks gryfjudýpt var 12,9 µm.eins og sýnt er á mynd 10b.
DSS sýnir betri tæringarþol, aðalástæðan er sú að filman sem myndast á yfirborði stálsins er vel varin í lausn, Mott-Schottky, samkvæmt ofangreindum XPS niðurstöðum og tengdum bókmenntum 13,56,57,58, kvikmyndin aðallega fer í gegnum eftirfarandi Þetta er ferlið við oxun Fe og Cr.
Fe2+ leysist auðveldlega upp og fellur út við tengi 53 milli filmunnar og lausnarinnar og bakskautahvarfsferlið er sem hér segir:
Í tærðu ástandi myndast tveggja laga burðarfilma sem aðallega samanstendur af innra lagi af járn- og krómoxíðum og ytra hýdroxíðlagi og jónir vaxa venjulega í svitaholum filmunnar.Efnasamsetning passiverandi filmunnar er tengd hálfleiðaraeiginleikum hennar, eins og sést af Mott-Schottky kúrfunni, sem gefur til kynna að samsetning passiveringsfilmunnar sé n+p-gerð og hafi tvískauta eiginleika.XPS niðurstöður sýna að ytra lagið á passiveringsfilmunni er aðallega samsett af Fe oxíðum og hýdroxíðum sem sýna n-gerð hálfleiðara eiginleika og innra lagið er aðallega samsett af Cr oxíðum og hýdroxíðum sem sýna p-gerð hálfleiðara eiginleika.
2205 DSS hefur mikla viðnám vegna mikils Cr17.54 innihalds og sýnir mismikla gryfju vegna smásæis galvanískrar tæringar55 milli tvíhliða mannvirkja.Pitting tæring er ein algengasta tegund tæringar í DSS og hitastig er einn mikilvægasti þátturinn sem hefur áhrif á hegðun gryfjutæringar og hefur áhrif á varmafræðilega og hreyfiferla DSS hvarfsins60,61.Venjulega, í hermilausn með háum styrk af Cl– og mettuðu CO2, hefur hitastigið einnig áhrif á myndun gryfjunnar og sprungur hefjast við álagstæringarsprungu undir streitutæringarsprungunni, og mikilvæga hitastig gryfjunnar er ákvarðað til að meta. tæringarþolið.DSS.Efnið, sem endurspeglar næmni málmfylkisins fyrir hitastigi, er almennt notað sem mikilvæg viðmiðun í efnisvali í verkfræðiforritum.Meðaltal gagnrýninn gryfjuhitastig 2205 DSS í hermdu lausninni er 66,9°C, sem er 25,6°C hærra en Super 13Cr ryðfríu stáli með 3,5% NaCl, en hámarks gryfjudýpt náði 12,9 µm62.Rafefnafræðilegar niðurstöður staðfestu enn frekar að lárétt svæði fasahorns og tíðni þrengjast með hækkandi hitastigi og þegar fasahornið minnkar úr 79° í 58° mun gildi |Z|minnkar úr 1,26×104 í 1,58×103 Ω cm2.hleðsluflutningsviðnám Rct minnkaði úr 2.958 1014 í 2.541 103 Ω cm2, lausnarviðnám Rs minnkaði úr 2.953 í 2.469 Ω cm2, filmuviðnám Rf minnkaði úr 5.430 10-4 cm2 í 1.147 10-3 cm2.Leiðni árásargjarna lausnarinnar eykst, stöðugleiki málmfylkifilmulagsins minnkar, það leysist upp og sprungur auðveldlega.Sjálftæringarstraumþéttleiki jókst úr 1.482 í 2.893×10-6 A cm-2 og sjálftæringargeta minnkaði úr -0.532 í -0.621V.Það má sjá að breytingin á hitastigi hefur áhrif á heilleika og þéttleika filmulagsins.
Þvert á móti eykur hár styrkur Cl- og mettuð lausn af CO2 smám saman aðsogsgetu Cl- á yfirborði passiveringsfilmunnar með hækkandi hitastigi, stöðugleiki passiveringsfilmunnar verður óstöðugur og verndandi áhrif á undirlagið verður veikara og viðkvæmni fyrir gryfju eykst.Í þessu tilviki eykst virkni ætandi jóna í lausninni, súrefnisinnihald minnkar og yfirborðsfilmur tærðu efnisins er erfitt að endurheimta fljótt, sem skapar hagstæðari aðstæður fyrir frekari aðsog ætandi jóna á yfirborðinu.Efnisskerðing63.Robinson o.fl.[64] sýndi að með hækkun á hitastigi lausnarinnar hraðar vaxtarhraði gryfja og dreifingarhraði jóna í lausninni eykst einnig.Þegar hitastigið hækkar í 65 °C hægir upplausn súrefnis í lausn sem inniheldur Cl-jónir á bakskautahvarfsferlinu, hraða gryfjunnar minnkar.Han20 rannsakaði áhrif hitastigs á tæringarhegðun 2205 tvíhliða ryðfríu stáli í CO2 umhverfi.Niðurstöðurnar sýndu að hækkun á hitastigi jók magn tæringarafurða og flatarmál rýrnunarhola á yfirborði efnisins.Á sama hátt, þegar hitastigið fer upp í 150°C, brotnar oxíðfilman á yfirborðinu og þéttleiki gíga er mestur.Lu4 kannaði áhrif hitastigs á tæringarhegðun 2205 tvíhliða ryðfríu stáli frá aðgerðaleysi til virkjunar í jarðhitaumhverfi sem inniheldur CO2.Niðurstöður þeirra sýna að við prófunarhitastig undir 150 °C hefur myndaða kvikmyndin einkennandi formlausa uppbyggingu og innra viðmótið inniheldur nikkelríkt lag og við 300 °C hitastig hefur tæringarafurðin nanóskala uppbyggingu .-fjölkristallað FeCr2O4, CrOOH og NiFe2O4.
Á mynd.11 er skýringarmynd af tæringar- og filmumyndunarferli 2205 DSS.Fyrir notkun myndar 2205 DSS passiverandi filmu í andrúmsloftinu.Eftir að hafa verið sökkt í umhverfi sem líkir eftir lausn sem inniheldur lausnir með hátt innihald af Cl- og CO2 er yfirborð þess fljótt umkringt ýmsum árásargjarnum jónum (Cl-, CO32- osfrv.).).J. Banas 65 komst að þeirri niðurstöðu að í umhverfi þar sem CO2 er til staðar samtímis mun stöðugleiki passiveringsfilmunnar á yfirborði efnisins minnka með tímanum og myndast kolsýra hefur tilhneigingu til að auka leiðni jóna í passiveringunni. lag.filmu og hröðun upplausnar jóna í passiveringsfilmu.passivating kvikmynd.Þannig er filmulagið á sýnisyfirborðinu á kraftmiklu jafnvægisstigi upplausnar og endurlífgunar66, Cl- dregur úr myndunarhraða yfirborðsfilmulagsins og örsmáar gryfjur birtast á aðliggjandi svæði filmyfirborðsins, eins og sýnt á mynd 3. Sýna.Eins og sýnt er á mynd 11a og b birtast á sama tíma örsmáar óstöðugar tæringarholur.Þegar hitastigið hækkar eykst virkni ætandi jóna í lausn á filmulagið og dýpt örsmáu óstöðugu gryfjanna eykst þar til filmulagið er alveg í gegn um gegnsæja laginu eins og sýnt er á mynd 11c.Með frekari hækkun á hitastigi leysiefnisins hraðar innihald uppleysts CO2 í lausninni, sem leiðir til lækkunar á pH gildi lausnarinnar, aukningar á þéttleika minnstu óstöðugu tæringarholanna á SPP yfirborðinu. , dýpt upphaflegu tæringarholanna stækkar og dýpkar, og passivating filman á sýnisyfirborðinu Þegar þykktin minnkar, verður passivering kvikmyndin líklegri til að gryfjast eins og sýnt er á mynd 11d.Og rafefnafræðilegar niðurstöður staðfestu að auki að hitabreytingin hefur ákveðin áhrif á heilleika og þéttleika kvikmyndarinnar.Þannig má sjá að tæring í lausnum mettuðum með CO2 sem inniheldur mikinn styrk af Cl- er verulega frábrugðin tæringu í lausnum sem innihalda lágan styrk af Cl-67,68.
Tæringarferli 2205 DSS með myndun og eyðingu nýrrar filmu.(a) Aðferð 1, (b) Aðferð 2, (c) Aðferð 3, (d) Aðferð 4.
Meðaltal gagnrýninn gryfjuhitastig 2205 DSS í hermalausn sem inniheldur 100 g/l Cl– og mettað CO2 er 66,9 ℃ og hámarks gryfjudýpt er 12,9 µm, sem dregur úr tæringarþol 2205 DSS og eykur næmni fyrir gryfju.hitahækkun.
Birtingartími: 16-feb-2023