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L'acciaio inossidabile Duplex 2205 (DSS) hà una bona resistenza à a corrosione per via di a so struttura tipica duplex, ma l'ambiente di petroliu è gasu chì cuntene CO2 sempre più duru si traduce in diversi gradi di corrosione, soprattuttu pitting, chì minaccia seriamente a sicurità è l'affidabilità di l'oliu è di i naturali. applicazioni di gas.sviluppu di gas.In questu travagliu, una prova d'immersione è una prova elettrochimica sò aduprate in cumminazione cù microscopia confocale laser è spettroscopia di fotoelettroni di raghji X.I risultati anu dimustratu chì a temperatura critica media per pitting 2205 DSS era 66,9 ° C.Quandu a temperatura hè più altu di 66,9 ℃, u putenziale di rottura di pitting, l'intervallu di passivazione è u potenziale di auto-corrosione sò ridotti, a densità di corrente di passivazione di dimensione hè aumentata, è a sensibilità di pitting hè aumentata.Cù un ulteriore aumentu di a temperatura, u raghju di l'arcu capacitivu 2205 DSS diminuisce, a resistenza di a superficia è a resistenza di trasferimentu di carica diminuiscenu gradualmente, è a densità di i trasportatori di donatori è accettatori in a strata di film di u pruduttu cù caratteristiche n + p-bipolari ancu. aumenta, u cuntenutu di l'ossidi di Cr in a capa interna di a film diminuite, aumenta u cuntenutu di l'ossidi di Fe in a capa esterna, a dissoluzione di a capa di film aumenta, a stabilità diminuite, u numeru di fossi è a dimensione di i pori aumentanu.
In u cuntestu di u rapidu sviluppu ecunomicu è suciale è u prugressu suciale, a dumanda di risorsi di petroliu è gasu cuntinueghja à cresce, furzendu u sviluppu di u petroliu è di u gasu à passà gradualmente à e zone sud-occidentali è offshore cù e cundizioni più severi è l'ambiente, cusì e cundizioni operative di i tubi di fondu diventanu sempre più severi..Deteriorazione 1,2,3.In u campu di l'esplorazione di petroliu è gasu, quandu l'aumentu di CO2 4 è salinità è u cuntenutu di cloru 5, 6 in u fluidu pruduciutu, u tubu d'azzaru di carbonu ordinariu 7 hè sottumessu à una corrosione seria, ancu s'è l'inhibitori di a corrosione sò pompati in a stringa di pipa, currusioni ùn pò esse effittivamenti suppressed azzaru ùn pò più risponde à i bisogni di u funziunamentu à longu andà in ambienti CO28,9,10 duru corrosive.I circadori anu vultatu à l'acciai inossidabili duplex (DSS) cù una migliore resistenza à a corrosione.2205 DSS, u cuntenutu di ferrite è austenite in l'azzaru hè di circa 50%, hà eccellenti proprietà meccaniche è resistenza à a corrosione, a film di passivazione di a superficia hè densa, hà una eccellente resistenza à a corrosione uniforme, u prezzu hè più bassu di quellu di l'aliati di nichel 11 , 12. Cusì, 2205 DSS hè comunmente utilizatu cum'è recipiente di pressione in ambienti corrosivu, casing well oil in ambiente corrosive CO2, cooler d'acqua per sistema di condensazione in oliu offshore è campi chimichi 13, 14, 15, ma 2205 DSS pò ancu avè perforazione corrosiva. in serviziu.
Attualmente, assai studii di CO2- è Cl-pitting corrosion 2205 DSS sò stati realizati in u paese è à l'esteru [16,17,18].Ebrahimi19 hà truvatu chì l'aghjunzione di un sali di dicromate di potassiu à una suluzione di NaCl pò inibisce 2205 DSS pitting, è l'aumentu di a cuncentrazione di dichromate di potassiu aumenta a temperatura critica di 2205 DSS pitting.In ogni casu, u putenziale di pitting di 2205 DSS aumenta per via di l'aghjunzione di una certa cuncentrazione di NaCl à u dichromate di potassiu è diminuite cù l'aumentu di a concentrazione di NaCl.Han20 mostra chì à 30 à 120 ° C, a struttura di film passivating 2205 DSS hè una mistura di strata interna Cr2O3, capa esterna FeO, è Cr riccu;quandu a temperatura s'eleva à 150 ° C, a film di passivazione si dissolve., a struttura interna cambia in Cr2O3 è Cr(OH)3, è a capa esterna cambia in Fe(II,III) oxide è Fe(III) hydroxide.Peguet21 hà truvatu chì u pitting stazionariu di l'acciaio inossidabile S2205 in una suluzione NaCl ùn hè micca sottu à a temperatura critica di pitting (CPT), ma in a temperatura di trasfurmazioni (TTI).Thiadi22 hà cunclusu chì quandu a cuncentrazione di NaCl aumenta, a resistenza di corrosione di S2205 DSS diminuite significativamente, è u più negativu u putenziale applicatu, u peghju hè a resistenza di corrosione di u materiale.
In questu articulu, scanning potenziale dinamica, spettroscopia d'impedenza, potenziale constantu, curva Mott-Schottky è microscopia elettronica ottica sò stati utilizati per studià l'effettu di a salinità alta, alta concentrazione di Cl- è temperatura nantu à u cumpurtamentu di corrosione di 2205 DSS.è spettroscopia di fotoelettroni, chì furnisce a basa teorica per u funziunamentu sicuru di u 2205 DSS in ambienti di petroliu è gasu chì cuntene CO2.
U materiale di prova hè sceltu da l'acciaio trattatu suluzione 2205 DSS (qualità d'acciaio 110ksi), è a cumpusizioni chimica principale hè mostrata in a Tabella 1.
A dimensione di a mostra elettrochimica hè 10 mm × 10 mm × 5 mm, hè pulita cù acetone per sguassà l'oliu è l'etanol assolutu è secca.A parte posteriore di a prova hè saldata per cunnette a lunghezza adatta di filu di cobre.Dopu à a saldatura, aduprate un multimetru (VC9801A) per verificà a conduttività elettrica di u pezzu di prova saldatu, è dopu sigilla a superficia non-travagliu cù epoxy.Aduprate 400 #, 600 #, 800 #, 1200 #, 2000 # carta vetrata d'acqua di carburu di silicium per pulisce a superficia di travagliu nantu à a macchina di lucidatura cù un agente di lucidatura 0.25um finu à a rugosità di a superficia Ra≤1.6um, è infine pulisce è mette in u termostatu. .
Una stazione di travagliu elettrochimica Priston (P4000A) cù un sistema di trè elettrodi hè stata utilizata.Un elettrodu di platinu (Pt) cù una zona di 1 cm2 hà servitu cum'è l'elettrodu ausiliariu, un DSS 2205 (cù una zona di 1 cm2) hè statu usatu cum'è un elettrodu di travagliu, è un elettrodu di riferimentu (Ag/AgCl) hè statu utilizatu. usatu.A suluzione mudellu utilizata in a prova hè stata preparata secondu (Table 2).Prima di a prova, una suluzione N2 d'alta purezza (99,99%) hè stata passata per 1 h, è dopu CO2 hè passatu per 30 min per desoxygenate a suluzione., è CO2 in a suluzione era sempre in un statu di saturazione.
Prima, mette a mostra in u tank chì cuntene a suluzione di prova, è mette in un bagnu d'acqua à temperatura constante.A temperatura iniziale hè di 2 ° C, è l'aumentu di a temperatura hè cuntrullata à un ritmu di 1 ° C / min, è a gamma di temperatura hè cuntrullata.à 2-80 ° C.Celsius.A prova principia à un putenziale constante (-0.6142 Vs.Ag/AgCl) è a curva di prova hè una curva It.Sicondu u standard di prova di temperatura di pitting critica, a curva It pò esse cunnisciuta.A temperatura à a quale a densità di corrente s'eleva à 100 μA/cm2 hè chjamata a temperatura critica di pitting.A temperatura critica media per pitting hè 66,9 ° C.A temperatura di prova per a curva di polarizazione è u spettru di l'impedenza sò stati scelti per esse 30 ° C, 45 ° C, 60 ° C è 75 ° C, rispettivamente, è a prova hè stata ripetuta trè volte in i stessi cundizioni di mostra per riduce i pussibuli deviazioni.
Una mostra di metallu esposta à a suluzione hè stata prima polarizzata à un putenziale di catodu (-1,3 V) per 5 min prima di pruvà a curva di polarizazione potentiodinamica per eliminà a film d'ossidu furmatu nantu à a superficia di travagliu di a mostra, è dopu à un potenziale di circuitu apertu di 1 h finu à chì a tensione di corrosione ùn serà micca stabilita.A scan rate of the dynamic potential polarization curve hè stata stabilita à 0.333mV / s, è l'intervalu di scanning potenziale hè stata stabilita à -0.3 ~ 1.2V versus OCP.Per assicurà a precisione di a prova, e stesse cundizioni di prova sò state ripetute 3 volte.
Software di teste di spettru di impedenza - Versa Studio.A prova hè stata prima realizata à un potenziale di circuitu apertu fermu, l'amplitude di a tensione di disturbazione alternante hè stata stabilita à 10 mV, è a frequenza di misurazione hè stata stabilita à 10-2-105 Hz.dati di spettru dopu a prova.
Prucessu di prova di a curva di u tempu attuale: selezziunate sfarenti potenziali di passivazione secondu i risultati di a curva di polarizazione anodica, misurate a curva It à un potenziale constante, è adatta a curva di doppia logaritmu per calculà a pendenza di a curva adatta per l'analisi di film.u mecanismu di furmazione di a film passivating.
Dopu chì a tensione di u circuitu apertu si stabilizza, fate una prova di curva Mott-Schottky.Gamma di scansione potenziale di prova 1.0 ~ -1.0V (vS.Ag/AgCl), frequenza di scansione 20mV/s, frequenza di prova impostata à 1000Hz, signale di eccitazione 5mV.
Aduprate a spettroscopia di fotoelettroni di raghji X (XPS) (ESCALAB 250Xi, UK) per sputter testà a cumpusizioni è u statu chimicu di a film passivazione di a superficia dopu a furmazione di film 2205 DSS è eseguisce un prucessu di dati di misurazione di punta cù un software superiore.paragunatu cù e basa di dati di spettri atomichi è a literatura ligata23 è calibrate cù C1s (284.8 eV).A morfologia di a corrosione è a prufundità di i foschi nantu à i campioni sò stati carattarizati cù un microscopiu digitale otticu ultra-profundu (Zeiss Smart Zoom5, Germania).
A mostra hè stata pruvata à u listessu potenziale (-0.6142 V rel. Ag / AgCl) da u metudu potenziale constantu è a curve currente di corrosione hè stata registrata cù u tempu.Sicondu u standard di prova CPT, a densità di corrente di polarizazione aumenta gradualmente cù a temperatura crescente.1 mostra a temperatura critica di pitting di 2205 DSS in una soluzione simulata chì cuntene 100 g/L Cl– è CO2 saturatu.Pò esse vistu chì à una bassa temperatura di a suluzione, a densità di l'attuali praticamenti ùn cambia micca cù l'aumentu di u tempu di prova.È quandu a temperatura di a suluzione hà aumentatu à un certu valore, a densità di u currente hà aumentatu rapidamente, chì indicanu chì a freccia di dissoluzione di a film passivante aumenta cù l'aumentu di a temperatura di a suluzione.Quandu a temperatura di a suluzione solida hè aumentata da 2 ° C à circa 67 ° C, a densità di corrente di polarizazione di 2205DSS aumenta à 100µA/cm2, è a temperatura media di pitting critica di 2205DSS hè di 66,9 °C, chì hè di circa 16,6 °C. più altu ch'è u 2205DSS.standard 3.5 wt.% NaCl (0,7 V)26.A temperatura critica di pitting dipende da u putenziale applicatu à u mumentu di a misurazione: più bassa hè u potenziale applicatu, più alta hè a temperatura di pitting critica misurata.
Curva di temperatura critica di pitting di l'acciaio inossidabile duplex 2205 in una soluzione simulata chì cuntene 100 g/L Cl– è CO2 saturatu.
Nantu à fig.2 mostra i diagrammi di l'impedenza AC di u 2205 DSS in soluzioni simulate chì cuntenenu 100 g/L Cl- è CO2 saturatu à diverse temperature.Pò esse vistu chì u diagramma di Nyquist di u 2205DSS à e diverse temperature hè custituitu da arcu di resistenza-capacitance d'alta freccia, di freccia media è di freccia bassa, è l'arcu di resistenza-capacitance ùn sò micca semicircular.U raghju di l'arcu capacitivu riflette u valore di resistenza di a film passivating è u valore di a resistenza di trasferimentu di carica durante a reazione di l'elettrodu.Hè generalmente accettatu chì u più grande u raghju di l'arcu capacitivu, u megliu hè a resistenza di corrosione di u sustrato metallicu in suluzione27.À una temperatura di suluzione di 30 °C, u raghju di l'arcu capacitivu nantu à u diagrama di Nyquist è l'angolo di fasa nantu à u diagrama di u modulu d'impedenza |Z|Bode hè u più altu è a corrosione 2205 DSS hè u più bassu.Quandu a temperatura di a suluzione aumenta, u |Z|U modulu d'impedenza, u raghju di l'arcu è a resistenza di a suluzione diminuite, in più, l'angolo di fase diminuisce ancu da 79 Ω à 58 Ω in a regione di frequenza intermedia, chì mostra un piccu largu è una capa interna densa è una capa esterna sparsa (porosa) sò i principali. caratteristiche di un film passivu inomogeneu28.Dunque, cum'è a temperatura aumenta, a film passivating furmatu nantu à a superficia di u sustrato metallicu dissolve è cracke, chì debilita e proprietà protettive di u sustrato è deteriora a resistenza di corrosione di u materiale29.
Utilizendu u software ZSimDeme per adattà i dati di spettru di impedenza, u circuitu equivalente fitted hè mostratu in a figura 330, induve Rs hè a resistenza di suluzione simulata, Q1 hè a capacità di film, Rf hè a resistenza di a film passivating generatu, Q2 hè u doppiu. capacità capa, è Rct hè a resistenza di trasferimentu di carica.Da i risultati di mette in tavula.3 mostra chì quandu a temperatura di a suluzione simulata aumenta, u valore di n1 diminuite da 0,841 à 0,769, chì indica un aumentu di a distanza trà i condensatori di dui strati è una diminuzione di a densità.A resistenza di trasferimentu di carica Rct diminuì gradualmente da 2.958 × 1014 à 2.541 × 103 Ω cm2, chì indicò una diminuzione graduale di a resistenza à a corrosione di u materiale.A resistenza di a suluzione Rs diminuì da 2.953 à 2.469 Ω cm2, è a capacità Q2 di a film passivating diminuì da 5.430 10-4 à 1.147 10-3 Ω cm2, a conduttività di a suluzione cresce, a stabilità di a film passivating diminuì. , è a suluzione Cl-, SO42-, etc.) in u mediu aumenta, chì accelera a distruzzione di a film passivating31.Questu porta à una diminuzione di a resistenza di film Rf (da 4662 à 849 Ω cm2) è una diminuzione di a resistenza di polarizazione Rp (Rct + Rf) formata nantu à a superficia di l'acciaio inox duplex.
Per quessa, a temperatura di a suluzione affetta a resistenza à a corrosione di DSS 2205. À una temperatura bassu di a suluzione, un prucessu di reazzione si trova trà u cathode è l'anodu in a presenza di Fe2 +, chì cuntribuisci à a dissoluzione rapida è a corrosione di l'acqua. anode, oltri a passivation di u film furmatu nantu à a superficia, più cumpleta è supiriuri Density, più grande resistenza carica trasferimentu trà suluzioni, rallenta u dissoluzzioni di a matrice di metallu è exhib megliu resistenza à currusioni.Cum'è a temperatura di a suluzione aumenta, a resistenza à u trasferimentu di carica Rct diminuisce, u ritmu di reazzione trà ioni in a suluzione accelera, è a rata di diffusione di ioni aggressivi accelera, cusì chì i prudutti di corrosione iniziali sò torna furmati nantu à a superficia di a suluzione. u sustrato da a superficia di u sustrato metallicu.Un film passivante più diluente debilita e proprietà protettive di u sustrato.
Nantu à fig.A figura 4 mostra e curve di polarizazione potenziale dinamica di 2205 DSS in soluzioni simulate chì cuntenenu 100 g/L Cl– è CO2 saturatu à diverse temperature.Si pò vede da a figura chì quandu u putenziale hè in a gamma da -0,4 à 0,9 V, e curve di l'anodu à e diverse temperature anu regioni di passivazione evidenti, è u putenziale di l'auto-corrosione hè di circa -0,7 à -0,5 V. densità aumenta currenti sin'à 100 μA / cm233 a curva anode hè di solitu chjamatu u putenziale pitting (Eb o Etra).Quandu a temperatura aumenta, l'intervallu di passivazione diminuisce, u potenziale di l'auto-corrosione diminuisce, a densità di a corrente di corrosione tende à aumentà, è a curva di polarizazione si sposta à a diritta, chì indica chì a film formata da DSS 2205 in a suluzione simulata hè attiva. attività.cuntenutu di 100 g/l Cl– è CO2 saturatu, aumenta a sensibilità à a corrosione di pitting, hè facilmente dannatu da i ioni aggressivi, chì porta à una corrosione aumentata di a matrice di metalli è una diminuzione di a resistenza à a corrosione.
Pò esse vistu da a Tabella 4 chì quandu a temperatura cresce da 30 ° C à 45 ° C, u potenziale di passivazione currispondente diminuisce ligeramente, ma a densità di corrente di passivazione di a dimensione currispondente aumenta significativamente, chì indica chì a prutezzione di a film passivating sottu à queste. e cundizioni cresce cù l'aumentu di a temperatura.Quandu a temperatura righjunghji 60 ° C, u potenziale di pitting currispundente diminuisce significativamente, è sta tendenza diventa più evidenti cum'è a temperatura aumenta.Hè da nutà chì à 75 ° C un piccu di corrente transitoria significativu appare in a figura, chì indica a prisenza di corrosione di pitting metastabile nantu à a superficia di mostra.
Dunque, cù un aumentu di a temperatura di a suluzione, a quantità di l'ossigenu dissolutu in a suluzione diminuite, u valore di pH di a superficia di a film diminuite, è a stabilità di a film passivating diminuisce.Inoltre, u più altu hè a temperatura di a suluzione, u più altu hè l'attività di ioni aggressivi in a suluzione è u più altu u ritmu di dannu à a capa di film superficia di u sustrato.L'ossidi furmati in a strata di film si cadenu facilmente è reagiscenu cù cationi in a capa di film per furmà composti solubili, aumentendu a probabilità di pitting.Siccomu a strata di film rigenerata hè relativamente solta, l'effettu protettivu nantu à u sustrato hè bassu, chì aumenta a corrosione di u sustrato metallicu.I risultati di a prova di putenziale di polarizazione dinamica sò cunsistenti cù i risultati di spettroscopia d'impedenza.
Nantu à fig.Figura 5a mostra It curve per 2205 DSS in una suluzione mudellu chì cuntene 100 g/L Cl– è CO2 saturatu.A densità di corrente di passivazione in funzione di u tempu hè stata ottenuta dopu a polarizazione à diverse temperature per 1 h à un potenziale di -300 mV (relative to Ag / AgCl).Pò esse vistu chì a tendenza di a densità di corrente di passivazione di 2205 DSS à u listessu potenziale è e diverse temperature hè basicamente a stessa, è a tendenza diminuite gradualmente cù u tempu è tende à esse liscia.Cume a temperatura aumentava gradualmente, a densità di corrente di passivazione di 2205 DSS aumentava, chì era coherente cù i risultati di polarizazione, chì hà ancu indicatu chì e caratteristiche protettive di a capa di film nantu à u sustrato metallicu diminuite cù a temperatura di a suluzione crescente.
Curve di polarizazione potentiostatica di 2205 DSS à u listessu potenziale di furmazione di film è diverse temperature.(a) Densità attuale versus tempu, (b) Logaritmu di crescita di film passivu.
Investigate a relazione trà a densità di corrente di passivazione è u tempu à diverse temperature per u listessu potenziale di furmazione di film, cum'è mostra in (1)34:
Induve i hè a densità di corrente di passivazione à u potenziale di furmazione di film, A/cm2.A hè l'area di l'elettrodu di travagliu, cm2.K hè a pendenza di a curva adattata à questu.t tempu, s
Nantu à fig.5b mostra curve logI è logt per 2205 DSS à diverse temperature à u listessu potenziale di furmazione di film.Sicondu i dati di a literatura,35 quandu a linea slopes K = -1, a strata di film furmatu nantu à a superficia di u sustrato hè più densu è hà megliu resistenza à a corrosione à u sustrato metallicu.È quandu a linea dritta pende K = -0,5, a capa di film furmatu nantu à a superficia hè solta, cuntene assai buchi chjuchi è hà poca resistenza à a corrosione à u sustrato metallicu.Pò esse vistu chì à 30 ° C, 45 ° C, 60 ° C, è 75 ° C, a struttura di a strata di film cambia da pori densi à pori sciolti in cunfurmità cù a pendenza lineale scelta.Sicondu u Point Defect Model (PDM) 36,37 si pò vede chì u putenziale applicatu durante a prova ùn affetta micca a densità di corrente, chì indica chì a temperatura affetta direttamente a misurazione di a densità di l'anodu durante a prova, cusì u currente. aumenta cù l'aumentu di a temperatura.suluzione, è a densità di 2205 DSS aumenta, è a resistenza à a corrosione diminuisce.
E proprietà di semiconductor di a strata di film sottile formate nantu à u DSS affettanu a so resistenza à a corrosione38, u tipu di semiconductor è a densità di trasportatore di a strata di film sottile afectanu u cracking è u pitting di a capa di film sottile DSS39,40 induve a capacità C è E di u potenziale stratu di film sottile satisface a relazione MS, a carica spaziale di u semiconductor hè calculata in a seguente manera:
In a formula, ε hè a permittività di u film passivatu à a temperatura ambiente, uguale à 1230, ε0 hè a permittività di u vacu, uguale à 8,85 × 10–14 F/cm, E hè a carica secundaria (1,602 × 10–19 C) ;ND hè a densità di i donatori di semiconduttori di n-tipu, cm–3, NA hè a densità di l'accettori di semiconduttori di tipu p, cm–3, EFB hè u potenziale di banda piatta, V, K hè a constante di Boltzmann, 1.38 × 10–3 .23 J/K, T - temperatura, K.
A pendenza è l'intercettazione di a linea adattata ponu esse calculate da una separazione lineale à a curva MS misurata, a cuncentrazione applicata (ND), a cuncentrazione accettata (NA) è u potenziale di banda piatta (Efb)42.
Nantu à fig.6 mostra a curva Mott-Schottky di a superficia di a superficia di un film 2205 DSS furmatu in una suluzione simulata chì cuntene 100 g/l Cl- è saturata di CO2 à un potenziale (-300 mV) per 1 ora.Si pò vede chì tutti i strati thin-film furmati à differente temperatures hannu e caratteristiche di n + p-tip semiconduttori bipolari.U semiconductor n-tipu hà a selettività di l'anione di suluzione, chì pò impedisce à i cationi d'acciaio inossidabile di sparghje in a suluzione attraversu a film di passivazione, mentre chì u semiconductor di p-tipu hà a selettività di cationi, chì pò impedisce l'anioni corrosivi in suluzione da i cruci di passivazione. fora nantu à a superficia di u sustrato 26 .Si pò ancu vede chì ci hè una transizione liscia trà e duie curve di adattazione, a film hè in un statu di banda flat, è u potenziale di banda flat Efb pò esse usatu per determinà a pusizione di a banda d'energia di un semiconductor è evaluà a so elettrochimica. stabilità 43..
Sicondu i risultati di l'adattamentu di a curva MC mostrati in a Tabella 5, a cuncentrazione in uscita (ND) è a cuncentrazione di ricezione (NA) è u potenziale di banda plana Efb 44 di u listessu ordine di grandezza sò stati calculati.A densità di u currente di u trasportatore applicatu carattirizza principarmenti difetti puntuali in a strata di carica spaziale è u putenziale di pitting di a film passivating.A più alta hè a cuncentrazione di u trasportatore applicatu, u più faciule a strata di film si rompe è più a probabilità di corrosione di u sustrato45.Inoltre, cù un aumentu graduali di a temperatura di a suluzione, a cuncentrazione di l'emettitore ND in a capa di film hà aumentatu da 5,273 × 1020 cm-3 à 1,772 × 1022 cm-3, è a cuncentrazione di l'ospiti NA hà aumentatu da 4,972 × 1021 à 4,592. × 1023.cm - cum'è mostra in fig.3, u putenziale di banda flat aumenta da 0,021 V à 0,753 V, u numeru di trasportatori in a suluzione aumenta, a reazione trà ioni in a suluzione s'intensifica, è a stabilità di a capa di film diminuisce.Quandu a temperatura di a suluzione aumenta, u più chjucu u valore assulutu di a pendenza di a linea approssimativa, u più grande a densità di i trasportatori in a suluzione, u più altu u ritmu di diffusione trà ioni, è u più grande u numeru di vacancies ioni nantu à u. superficia di a capa di film., riducendu cusì u sustrato metallicu, stabilità è resistenza à a corrosione 46,47.
A cumpusizioni chimica di a film hà un effettu significativu nantu à a stabilità di i cationi metallichi è a prestazione di semiconduttori, è u cambiamentu di a temperatura hà un effettu impurtante nantu à a furmazione di una film d'acciaio inox.Nantu à fig.A Figura 7 mostra u spettru XPS cumpletu di a superficia di a superficia di un film 2205 DSS in una suluzione simulata chì cuntene 100 g/L Cl– è CO2 saturatu.L'elementi principali in i filmi furmati da patatine fritte à e diverse temperature sò basicamente listessi, è i cumpunenti principali di i filmi sò Fe, Cr, Ni, Mo, O, N, è C. Per quessa, i cumpunenti principali di a capa di film sò Fe. , Cr, Ni, Mo, O, N è C. Container cun Cr oxides, Fe oxides è hydroxides è una piccula quantità di Ni è Mo oxides.
Spettri completi XPS 2205 DSS presi à diverse temperature.(a) 30 ° С, (b) 45 ° С, (c) 60 ° С, (d) 75 ° С.
A cumpusizioni principali di a film hè ligata à e proprietà termodinamiche di i cumposti in a film passivating.Sicondu l'energia di ubligatoriu di l'elementi principali in a capa di film, datu in a tavula.6, pò esse vistu chì i picchi spettrali caratteristici di Cr2p3/2 sò spartuti in Cr0 metallicu (573,7 ± 0,2 eV), Cr2O3 (574,5 ± 0,3 eV), è Cr (OH) 3 (575,4 ± 0,1 eV) cum'è mostra in a Figura 8a, in quale l'ossidu furmatu da l'elementu Cr hè u cumpunente principalu di a film, chì ghjoca un rolu impurtante in a resistenza à a corrosione di a film è a so prestazione elettrochimica.L'intensità di u piccu relativo di Cr2O3 in a strata di film hè più altu ch'è quellu di Cr(OH)3.Tuttavia, cum'è a temperatura di a suluzione solida aumenta, u piccu relativo di Cr2O3 si debilita gradualmente, mentre chì u piccu relativo di Cr(OH)3 aumenta gradualmente, chì indica a trasfurmazioni evidenti di u Cr3+ principale in a capa di film da Cr2O3 à Cr (OH) 3, è a temperatura di a suluzione aumenta.
L'energia di ligame di i picchi di u spettru caratteristicu di Fe2p3/2 hè principalmente custituitu da quattru picchi di u statu metallicu Fe0 (706.4 ± 0.2 eV), Fe3O4 (707.5 ± 0.2 eV), FeO (709.5 ± 0.1 eV ) è FeOOH (713.1 eV ) eV) ± 0,3 eV), cum'è mostra in Fig. 8b, Fe hè principarmenti presente in a film furmatu in forma di Fe2 + è Fe3 +.Fe2+ da FeO domina Fe (II) à i picchi di energia di legame più bassi, mentri Fe3O4 è Fe (III) FeOOH cumposti dominanu à i picchi di energia di legame più elevati48,49.L'intensità relativa di u piccu Fe3+ hè più altu ch'è quella di Fe2+, ma l'intensità relativa di u piccu Fe3+ diminuisce cù a temperatura di a suluzione crescente, è l'intensità relativa di u piccu Fe2+ aumenta, chì indicanu un cambiamentu in a sustanza principale in a capa di film. Fe3+ à Fe2+ per aumentà a temperatura di a suluzione.
I picchi spettrali caratteristici di Mo3d5/2 sò principalmente custituiti da duie pusizioni di picchi Mo3d5/2 è Mo3d3/243.50, mentre chì Mo3d5/2 include Mo metallicu (227.5 ± 0.3 eV), Mo4+ (228.9 ± 0.2 eV) è Mo6+ ( ± 20.4 eV) ), mentri Mo3d3/2 cuntene ancu Mo metallicu (230,4 ± 0,1 eV), Mo4+ (231,5 ± 0,2 eV) è Mo6+ (232, 8 ± 0,1 eV) cum'è mostra in a Figura 8c, cusì l'elementi Mo esistenu in più di trè valenze. statu di a strata di film.L'energii di ubligatoriu di i picchi spettrali caratteristiche di Ni2p3 / 2 sò Ni0 (852.4 ± 0.2 eV) è NiO (854.1 ± 0.2 eV), cum'è mostra in Fig. 8g rispettivamente.U piccu caratteristicu N1s hè custituitu da N (399.6 ± 0.3 eV), cum'è mostra in Fig. 8d.I picchi caratteristici di l'O1 includenu O2- (529.7 ± 0.2 eV), OH- (531.2 ± 0.2 eV) è H2O (531.8 ± 0.3 eV), cum'è mostra in Fig. I cumpunenti principali di a strata di film sò (OH- è O2 -) , chì sò principarmenti usati per l'ossidazione o l'ossidazione di l'idrogenu di Cr è Fe in a capa di film.L'intensità di u piccu relativo di OH- aumentava significativamente cum'è a temperatura aumentava da 30 ° C à 75 ° C.Per quessa, cù un aumentu di a temperatura, a cumpusizioni di materiale principale di O2- in a capa di film cambia da O2- à OH- è O2-.
Nantu à fig.A Figura 9 mostra a morfologia microscòpica di a superficia di a mostra 2205 DSS dopu a polarizazione potenziale dinamica in una suluzione mudellu chì cuntene 100 g / L Cl- è CO2 saturatu.Pò esse vistu chì nantu à a superficia di i campioni polarizzati à e diverse temperature, ci sò fosse di corrosione di varii gradi, questu si trova in una suluzione di ioni aggressivi, è cù un aumentu di a temperatura di a suluzione, a corrosione più seria si trova nantu à u superficia di i campioni.sustrato.U numaru di pitting pits per unità di area è a prufundità di i centri di corrosione aumentanu.
Curve di corrosione di 2205 DSS in suluzione mudellu chì cuntene 100 g/l Cl– è CO2 saturatu à diverse temperature (a) 30 ° C, (b) 45 ° C, (c) 60 ° C, (d) 75 ° C c .
Per quessa, un aumentu di a temperatura aumenterà l'attività di ogni cumpunente di u DSS, è ancu aumentà l'attività di ioni aggressivi in un ambiente aggressivu, causannu un certu gradu di danni à a superficia di mostra, chì aumenterà l'attività di pitting., è a furmazione di fossa di corrosione aumenterà.A rata di furmazione di u produttu aumenterà è a resistenza à a corrosione di u materiale diminuirà 51,52,53,54,55.
Nantu à fig.10 mostra a morfologia è a prufundità di pitting di un campionu DSS 2205 polarizatu cù un microscopiu digitale otticu ultra-alta profondità di campu.Da fig.A figura 10a mostra chì i pozzi di corrosione più chjuchi apparsu ancu intornu à e grande fossa, chì indicanu chì a film passivating nantu à a superficia di mostra hè stata parzialmente distrutta cù a furmazione di fossa di corrosione à una data densità di corrente, è a prufundità massima di pitting era 12.9 µm.cum'è mostra in Figura 10b.
DSS mostra megliu resistenza à currusioni, u mutivu principale hè chì u film furmatu nantu à a superficia di l'azzaru hè bè prutetta in suluzione, Mott-Schottky, secondu à i risultati XPS sopra è littiratura rilativi 13,56,57,58, u film principarmenti passa per i seguenti Questu hè u prucessu di oxidazione di Fe è Cr.
Fe2+ si dissolve è precipita facilmente à l'interfaccia 53 trà a film è a suluzione, è u prucessu di reazzione catodica hè u seguitu:
In u statu corrode, hè furmatu un film strutturale di dui strati, chì hè principalmente custituitu da una capa interna di ossidi di ferru è di cromu è una capa di idrossidu esterno, è i ioni sò generalmente crescenu in i pori di a film.A cumpusizioni chimica di a film passivating hè in relazione cù e so proprietà di semiconductor, cum'è pruvucatu da a curva Mott-Schottky, chì indica chì a cumpusizioni di a film passivating hè n + p-type è hà caratteristiche bipolari.I risultati XPS mostranu chì a capa esterna di a film passivating hè principalmente cumpostu di ossidi di Fe è idrossidi chì mostranu proprietà di semiconductor di tipu n, è a strata interna hè principalmente cumpostu di ossidi di Cr è idrossidi chì mostranu proprietà di semiconductor di tipu p.
2205 DSS hà una alta resistività per via di u so altu cuntenutu di Cr17.54 è mostra diversi gradi di pitting per via di a corrosione galvanica microscòpica55 trà strutture duplex.A corrosione di pitting hè unu di i tipi più cumuni di corrosione in DSS, è a temperatura hè unu di i fatturi impurtanti chì influenzanu u cumpurtamentu di a corrosione di pitting è hà un impattu nantu à i prucessi termodinamici è cinetichi di a reazione DSS60,61.Di genere, in una suluzione simulata cù una alta cuncintrazione di Cl- è CO2 saturatu, a temperatura influenza ancu a furmazione di pitting è l'iniziu di crack durante u cracking di corrusione di stress sottu u cracking di corrusione di stress, è a temperatura critica di pitting hè determinata per evaluà. a resistenza à a corrosione.DSS.U materiale, chì riflette a sensibilità di a matrice metallica à a temperatura, hè comunmente utilizatu com'è un riferimentu impurtante in a selezzione di materiale in l'applicazioni ingegneria.A temperatura media di pitting critica di 2205 DSS in a suluzione simulata hè 66.9 ° C, chì hè 25.6 ° C più altu ch'è quellu di l'acciaio inox Super 13Cr cù 3.5% NaCl, ma a prufundità massima di pitting hà righjuntu 12.9 µm62.I risultati elettrochimichi anu cunfirmatu ancu chì e regioni horizontale di l'angulu di fasa è a freccia strette cù a temperatura crescente, è cum'è l'angolo di fase diminuisce da 79 ° à 58 °, u valore di u |Z |diminuisce da 1,26×104 à 1,58×103 Ω cm2.a resistenza di trasferimentu di carica Rct diminuì da 2.958 1014 à 2.541 103 Ω cm2, a resistenza di suluzione Rs diminuì da 2.953 à 2.469 Ω cm2, a resistenza film Rf diminuì da 5.430 10-4 cm2 à 1.147 10-3 cm2.A conduttività di a suluzione aggressiva aumenta, a stabilità di a strata di film di matrice metallica diminuisce, si dissolve è cracke facilmente.A densità di l'attuali di l'auto-corrusione cresce da 1.482 à 2.893 × 10-6 A cm-2, è u putenziale di l'auto-corrosione diminuì da -0.532 à -0.621V.Pò esse vistu chì u cambiamentu di a temperatura affetta l'integrità è a densità di a capa di film.
À u cuntrariu, una alta cuncintrazione di Cl- è una suluzione saturata di CO2 aumentanu gradualmente a capacità di adsorption di Cl- nantu à a superficia di a film passivating cù a temperatura crescente, a stabilità di a film passivazione diventa inestabile, è l'effettu protettivu nantu à u u sustrato diventa più debule è a suscettibilità à u pitting aumenta.In questu casu, l'attività di ioni corrosivi in a suluzione aumenta, u cuntenutu di l'ossigenu diminuite, è a film superficia di u materiale corrosiu hè difficiule di ricuperà rapidamente, chì crea cundizioni più favurevuli per più adsorption di ioni corrosivi nantu à a superficia.Riduzzione materiale 63.Robinson et al.[64] hà dimustratu chì, cù un incrementu di a temperatura di a suluzione, u ritmu di crescita di fossa accelera, è a rata di diffusione di ioni in a suluzione aumenta ancu.Quandu a temperatura aumenta à 65 ° C, a dissoluzione di l'ossigenu in una suluzione chì cuntene ioni Cl- rallenta u prucessu di reazzione catodica, a rata di pitting hè ridutta.Han20 hà investigatu l'effettu di a temperatura nantu à u cumpurtamentu di corrosione di l'acciaio inox 2205 duplex in un ambiente CO2.I risultati anu dimustratu chì l'aumentu di a temperatura hà aumentatu a quantità di prudutti di corrosione è l'area di cavità di shrinkage nantu à a superficia di u materiale.In listessu modu, quandu a temperatura s'eleva à 150 ° C, a film d'oxidu nantu à a superficia si rompe, è a densità di crateri hè a più alta.Lu4 hà investigatu l'effettu di a temperatura nantu à u cumpurtamentu di a corrosione di l'acciaio inox 2205 duplex da a passivazione à l'attivazione in un ambiente geotermicu chì cuntene CO2.I so risultati mostranu chì à una temperatura di prova sottu à 150 ° C, u film furmatu hà una struttura amorfa caratteristica, è l'interfaccia interna cuntene una strata ricca di nickel, è à una temperatura di 300 ° C, u pruduttu di corrosione risultante hà una struttura nanometrica. .-FeCr2O4, CrOOH è NiFe2O4 policristallini.
Nantu à fig.11 hè un diagramma di u prucessu di furmazione di corrosione è film di 2205 DSS.Prima di l'usu, 2205 DSS forma una film passivating in l'atmosfera.Dopu esse immersa in un ambiente chì simula una suluzione chì cuntene suluzioni cù un altu cuntenutu di Cl- è CO2, a so superficia hè rapidamente circundatu da diversi ioni aggressivi (Cl-, CO32-, etc.).).J. Banas 65 hè ghjuntu à a cunclusione chì in un ambiente induve CO2 hè simultaneamente presente, a stabilità di a film passivating nantu à a superficia di u materiale diminuirà cù u tempu, è l'acidu carbonicu furmatu tende à aumentà a conduttività di i ioni in u passivating. strata.film è accelerazione di dissoluzione di ioni in una film passivating.film passivating.Cusì, a strata di film nantu à a superficia di mostra hè in un stadiu di equilibriu dinamicu di dissoluzione è repassivazione66, Cl- riduce a rata di furmazione di a strata di film di superficia, è minuscule pozzi pitting appariscenu nantu à l'area adiacente di a superficia di film, cum'è mostra in Figura 3. Mostra.Cum'è mostra in Figura 11a è b, minuscule fossa di corrosione instabili appariscenu à u stessu tempu.Quandu a temperatura aumenta, l'attività di ioni corrosivi in suluzione nantu à a capa di film aumenta, è a prufundità di i picculi foschi instabili aumenta finu à chì a capa di film hè penetrata cumpletamente da quella trasparente, cum'è mostra in Figura 11c.Cù un aumentu ulteriore di a temperatura di u mediu di dissoluzione, u cuntenutu di CO2 dissolutu in a suluzione accelera, chì porta à una diminuzione di u valore di pH di a suluzione, un aumentu di a densità di i più chjuchi foschi di corrosione inestabile nantu à a superficia SPP. , a prufundità di i foschi di corrosione iniziali si espande è si prufonda, è a film passivating nantu à a superficia di mostra Quandu u grossu diminuite, u passivating the film diventa più propensu à pitting cum'è mostra in a Figura 11d.È i risultati elettrochimichi anu cunfirmatu ancu chì u cambiamentu di a temperatura hà un certu effettu nantu à l'integrità è a densità di a film.Cusì, si pò vede chì a corrosione in suluzioni saturate di CO2 chì cuntene altu concentrazioni di Cl- hè significativamente sfarente da a corrosione in suluzioni chì cuntenenu cuncintrazioni bassu di Cl-67,68.
Prucessu di corrosione 2205 DSS cù a furmazione è a distruzzione di una nova film.(a) Prucessu 1, (b) Prucessu 2, (c) Prucessu 3, (d) Prucessu 4.
A temperatura critica media di pitting di 2205 DSS in una soluzione simulata chì cuntene 100 g/l Cl– è CO2 saturatu hè 66,9 ℃, è a prufundità massima di pitting hè 12,9 µm, chì riduce a resistenza di corrosione di 2205 DSS è aumenta a sensibilità à pitting.aumentu di a temperatura.
Tempu di Postu: Feb-16-2023