شكرا لكم لزيارة Nature.com.أنت تستخدم إصدار متصفح مع دعم محدود لـ CSS.للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح محدث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer).بالإضافة إلى ذلك، ولضمان الدعم المستمر، نعرض الموقع بدون أنماط وجافا سكريبت.
يعرض دائريًا مكونًا من ثلاث شرائح في وقت واحد.استخدم الزرين السابق والتالي للتنقل عبر ثلاث شرائح في المرة الواحدة، أو استخدم أزرار التمرير الموجودة في النهاية للتنقل عبر ثلاث شرائح في المرة الواحدة.
يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ دوبلكس 2205 (DSS) بمقاومة جيدة للتآكل بسبب هيكله المزدوج النموذجي، ولكن بيئة النفط والغاز المحتوية على ثاني أكسيد الكربون القاسية بشكل متزايد تؤدي إلى درجات متفاوتة من التآكل، وخاصة التنقر، مما يهدد بشكل خطير سلامة وموثوقية النفط والموارد الطبيعية. تطبيقات الغاز.تطوير الغاز.في هذا العمل، يتم استخدام اختبار الغمر والاختبار الكهروكيميائي مع الفحص المجهري متحد البؤر بالليزر والتحليل الطيفي الضوئي للأشعة السينية.أظهرت النتائج أن متوسط درجة الحرارة الحرجة للحفر 2205 DSS كان 66.9 درجة مئوية.عندما تكون درجة الحرارة أعلى من 66.9 درجة مئوية، يتم تقليل احتمالية الانهيار، وفاصل التخميل وإمكانية التآكل الذاتي، وتزداد كثافة تيار التخميل، وتزداد حساسية التنقر.مع زيادة أخرى في درجة الحرارة، يتناقص نصف قطر القوس السعوي 2205 DSS، وتنخفض تدريجيًا مقاومة السطح ومقاومة نقل الشحنة، كما تنخفض كثافة الموجات الحاملة المانحة والمستقبلة في طبقة الفيلم للمنتج بخصائص n + p-ثنائية القطب أيضًا يزداد محتوى أكاسيد الكروم في الطبقة الداخلية للفيلم، ويزيد محتوى أكاسيد الحديد في الطبقة الخارجية، ويزداد انحلال طبقة الفيلم، وينخفض الثبات، ويزداد عدد الحفر وحجم المسام.
في سياق التنمية الاقتصادية والاجتماعية السريعة والتقدم الاجتماعي، يستمر الطلب على موارد النفط والغاز في النمو، مما يجبر تطوير النفط والغاز على التحول تدريجيا إلى المناطق الجنوبية الغربية والبحرية ذات الظروف والبيئة الأكثر قسوة، وبالتالي فإن ظروف التشغيل أصبحت الأنابيب في قاع البئر أكثر خطورة..تدهور 1،2،3.في مجال التنقيب عن النفط والغاز، عند زيادة ثاني أكسيد الكربون ومحتوى الملوحة والكلور 5، 6 في السائل المنتج، يتعرض أنبوب الصلب الكربوني العادي 7 إلى تآكل خطير، حتى لو تم ضخ مثبطات التآكل في سلسلة الأنابيب، لا يمكن قمع التآكل بشكل فعال، ولم يعد الفولاذ قادرًا على تلبية متطلبات التشغيل على المدى الطويل في بيئات ثاني أكسيد الكربون القاسية المسببة للتآكل.تحول الباحثون إلى الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج (DSS) الذي يتمتع بمقاومة أفضل للتآكل.2205 DSS، يبلغ محتوى الفريت والأوستينيت في الفولاذ حوالي 50٪، وله خصائص ميكانيكية ممتازة ومقاومة للتآكل، وفيلم التخميل السطحي كثيف، وله مقاومة ممتازة للتآكل الموحد، والسعر أقل من سعر السبائك القائمة على النيكل 11 ، 12. وبالتالي، يتم استخدام 2205 DSS بشكل شائع كوعاء ضغط في البيئة المسببة للتآكل، وغلاف آبار النفط في بيئة ثاني أكسيد الكربون المسببة للتآكل، ومبرد المياه لنظام التكثيف في حقول النفط والكيميائيات البحرية 13، 14، 15، ولكن يمكن أن يكون لـ 2205 DSS أيضًا ثقب مسبب للتآكل في الخدمة.
في الوقت الحاضر، تم إجراء العديد من الدراسات حول تآكل ثاني أكسيد الكربون والكلور 2205 DSS في البلاد وخارجها [16،17،18].وجد إبراهيمي 19 أن إضافة ملح ثاني كرومات البوتاسيوم إلى محلول كلوريد الصوديوم يمكن أن يمنع 2205 تأليب DSS، كما أن زيادة تركيز ثنائي كرومات البوتاسيوم يزيد من درجة الحرارة الحرجة لـ 2205 DSS.ومع ذلك، فإن احتمالية التنقر لـ 2205 DSS تزداد بسبب إضافة تركيز معين من كلوريد الصوديوم إلى ثنائي كرومات البوتاسيوم وتتناقص مع زيادة تركيز كلوريد الصوديوم.يوضح Han20 أنه عند 30 إلى 120 درجة مئوية، يكون هيكل الفيلم التخميل 2205 DSS عبارة عن مزيج من الطبقة الداخلية Cr2O3 والطبقة الخارجية FeO والطبقة الغنية بالكروم؛عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 150 درجة مئوية، يذوب فيلم التخميل.يتغير الهيكل الداخلي إلى Cr2O3 وCr(OH)3، وتتغير الطبقة الخارجية إلى أكسيد Fe(II,III) وهيدروكسيد Fe(III).وجد Peguet21 أن التنقر الثابت للفولاذ المقاوم للصدأ S2205 في محلول كلوريد الصوديوم لا يحدث عادةً أقل من درجة حرارة التنقر الحرجة (CPT) ولكن في نطاق درجة حرارة التحويل (TTI).خلص Thiadi22 إلى أنه مع زيادة تركيز كلوريد الصوديوم، تنخفض مقاومة التآكل لـ S2205 DSS بشكل ملحوظ، وكلما كانت الإمكانات المطبقة أكثر سلبية، كلما كانت مقاومة التآكل للمادة أسوأ.
في هذا المقال، تم استخدام مسح الجهد الديناميكي، مطيافية المعاوقة، الجهد الثابت، منحنى موت-شوتكي والمجهر الإلكتروني البصري لدراسة تأثير الملوحة العالية وتركيز الكلور العالي ودرجة الحرارة على سلوك التآكل لـ 2205 DSS.والتحليل الطيفي الإلكتروني الضوئي، الذي يوفر الأساس النظري للتشغيل الآمن لجهاز 2205 DSS في بيئات النفط والغاز التي تحتوي على ثاني أكسيد الكربون.
يتم اختيار مادة الاختبار من الفولاذ المعالج بالمحلول 2205 DSS (درجة الفولاذ 110ksi)، ويظهر التركيب الكيميائي الرئيسي في الجدول 1.
حجم العينة الكهروكيميائية هو 10 مم × 10 مم × 5 مم، ويتم تنظيفها بالأسيتون لإزالة الزيت والإيثانول المطلق وتجفيفها.الجزء الخلفي من قطعة الاختبار ملحوم لتوصيل الطول المناسب من الأسلاك النحاسية.بعد اللحام، استخدم مقياسًا متعددًا (VC9801A) للتحقق من التوصيل الكهربائي لقطعة الاختبار الملحومة، ثم قم بإغلاق السطح غير العامل بالإيبوكسي.استخدم ورق الصنفرة المائي من كربيد السيليكون 400#، 600#، 800#، 1200#، 2000# لتلميع سطح العمل على آلة التلميع بعامل تلميع 0.25um حتى خشونة السطح Ra≥1.6um، وأخيرًا نظفه وضعه في منظم الحرارة .
تم استخدام محطة عمل كهروكيميائية Priston (P4000A) بنظام ثلاثي الأقطاب.كان قطب البلاتين (Pt) بمساحة 1 سم2 بمثابة القطب المساعد، وتم استخدام DSS 2205 (بمساحة 1 سم2) كقطب كهربائي عامل، وكان القطب المرجعي (Ag/AgCl) مستخدم.تم تحضير الحل النموذجي المستخدم في الاختبار حسب (الجدول 2).قبل الاختبار، تم تمرير محلول N2 عالي النقاء (99.99٪) لمدة ساعة واحدة، ثم تم تمرير ثاني أكسيد الكربون لمدة 30 دقيقة لإزالة الأكسجين من المحلول.وكان ثاني أكسيد الكربون في المحلول دائمًا في حالة تشبع.
أولاً، ضع العينة في الخزان الذي يحتوي على محلول الاختبار، ثم ضعها في حمام مائي بدرجة حرارة ثابتة.درجة حرارة الإعداد الأولية هي 2 درجة مئوية، ويتم التحكم في ارتفاع درجة الحرارة بمعدل 1 درجة مئوية/دقيقة، ويتم التحكم في نطاق درجة الحرارة.عند 2-80 درجة مئوية.درجة مئوية.يبدأ الاختبار عند جهد ثابت (-0.6142 Vs.Ag/AgCl) ويكون منحنى الاختبار عبارة عن منحنى It.وفقا لمعيار اختبار درجة حرارة التنقر الحرجة، يمكن معرفة منحنى It.تسمى درجة الحرارة التي ترتفع عندها كثافة التيار إلى 100 ميكرو أمبير/سم2 بدرجة حرارة التنقر الحرجة.متوسط درجة الحرارة الحرجة للحفر هو 66.9 درجة مئوية.تم اختيار درجات حرارة الاختبار لمنحنى الاستقطاب وطيف المعاوقة لتكون 30 درجة مئوية و45 درجة مئوية و60 درجة مئوية و75 درجة مئوية على التوالي، وتم تكرار الاختبار ثلاث مرات تحت نفس ظروف العينة لتقليل الانحرافات المحتملة.
تم استقطاب عينة معدنية معرضة للمحلول أولاً عند جهد الكاثود (-1.3 فولت) لمدة 5 دقائق قبل اختبار منحنى الاستقطاب الديناميكي الديناميكي لإزالة فيلم الأكسيد المتكون على سطح العمل للعينة، ثم عند جهد دائرة مفتوحة قدره 1 ساعة حتى لا يتم إنشاء جهد التآكل.تم ضبط معدل المسح لمنحنى الاستقطاب الديناميكي المحتمل على 0.333 مللي فولت/ثانية، وتم ضبط احتمال الفاصل الزمني للمسح على -0.3 ~ 1.2 فولت مقابل OCP.وللتأكد من دقة الاختبار تم تكرار نفس شروط الاختبار 3 مرات.
برنامج اختبار طيف المعاوقة – Versa Studio.تم إجراء الاختبار لأول مرة عند جهد دائرة مفتوحة ثابت، وتم ضبط سعة جهد الاضطراب المتناوب على 10 مللي فولت، وتم ضبط تردد القياس على 10–2–105 هرتز.بيانات الطيف بعد الاختبار.
عملية اختبار منحنى الوقت الحالي: تحديد إمكانات التخميل المختلفة وفقًا لنتائج منحنى الاستقطاب الأنودي، وقياس منحنى It عند الإمكانات الثابتة، وتناسب منحنى اللوغاريتم المزدوج لحساب ميل المنحنى المجهز لتحليل الفيلم.آلية تشكيل الفيلم التخميل.
بعد استقرار جهد الدائرة المفتوحة، قم بإجراء اختبار منحنى Mott-Schottky.اختبار نطاق المسح المحتمل 1.0 ~ -1.0 فولت (vS.Ag/AgCl)، معدل المسح 20 مللي فولت/ثانية، تردد الاختبار مضبوط على 1000 هرتز، إشارة الإثارة 5 مللي فولت.
استخدم التحليل الطيفي للأشعة السينية الضوئية (XPS) (ESCALAB 250Xi، المملكة المتحدة) لاختبار التركيب والحالة الكيميائية لفيلم التخميل السطحي بعد تكوين فيلم DSS 2205 وإجراء معالجة ملائمة لبيانات القياس باستخدام برامج فائقة الجودة.مقارنة بقواعد بيانات الأطياف الذرية والأدبيات ذات الصلة وتمت معايرتها باستخدام C1s (284.8 فولت).تم تحديد مورفولوجيا التآكل وعمق الحفر في العينات باستخدام مجهر رقمي ضوئي فائق العمق (Zeiss Smart Zoom5، ألمانيا).
تم اختبار العينة بنفس الجهد (-0.6142 فولت rel. Ag/AgCl) بطريقة الجهد الثابت وتم تسجيل منحنى تيار التآكل مع مرور الوقت.وفقًا لمعيار اختبار CPT، تزداد كثافة تيار الاستقطاب تدريجيًا مع زيادة درجة الحرارة.يوضح الشكل 1 درجة حرارة التنقر الحرجة البالغة 2205 DSS في محلول محاكاة يحتوي على 100 جم/لتر Cl وثاني أكسيد الكربون المشبع.يمكن ملاحظة أنه عند درجة حرارة منخفضة للمحلول، لا تتغير كثافة التيار عمليا مع زيادة وقت الاختبار.وعندما ارتفعت درجة حرارة المحلول إلى قيمة معينة، زادت كثافة التيار بسرعة، مما يدل على أن معدل ذوبان الغشاء التخميلى يزداد مع زيادة درجة حرارة المحلول.عند زيادة درجة حرارة المحلول الصلب من 2 درجة مئوية إلى حوالي 67 درجة مئوية، تزيد كثافة تيار الاستقطاب لـ 2205DSS إلى 100μA/cm2، ومتوسط درجة حرارة التنقر الحرجة لـ 2205DSS هو 66.9 درجة مئوية، أي حوالي 16.6 درجة مئوية أعلى من 2205DSS.معيار 3.5 واط.% كلوريد الصوديوم (0.7 فولت)26.تعتمد درجة حرارة التنقر الحرجة على الإمكانات المطبقة في وقت القياس: كلما انخفضت الإمكانات المطبقة، زادت درجة حرارة التنقر الحرجة المقاسة.
تأليب منحنى درجة الحرارة الحرجة للفولاذ المقاوم للصدأ 2205 المزدوج في محلول محاكاة يحتوي على 100 جم/لتر من الكلوريد وثاني أكسيد الكربون المشبع.
على الشكل.يُظهر الشكل 2 مخططات مقاومة التيار المتردد لـ 2205 DSS في محاليل محاكاة تحتوي على 100 جم / لتر Cl- وثاني أكسيد الكربون المشبع في درجات حرارة مختلفة.يمكن ملاحظة أن مخطط Nyquist الخاص بـ 2205DSS عند درجات حرارة مختلفة يتكون من أقواس سعة مقاومة عالية التردد ومتوسطة التردد ومنخفضة التردد، وأقواس مقاومة السعة ليست نصف دائرية.يعكس نصف قطر القوس السعوي قيمة مقاومة الفيلم التخميل وقيمة مقاومة نقل الشحنة أثناء تفاعل القطب.من المقبول عمومًا أنه كلما زاد نصف قطر القوس السعوي، كانت مقاومة التآكل للركيزة المعدنية في المحلول أفضل.عند درجة حرارة المحلول 30 درجة مئوية، نصف قطر القوس السعوي على مخطط نيكويست وزاوية الطور على مخطط معامل المعاوقة |Z|Bode هو الأعلى والتآكل 2205 DSS هو الأدنى.ومع زيادة درجة حرارة المحلول، فإن |Z|ينخفض معامل المعاوقة ونصف قطر القوس ومقاومة المحلول، بالإضافة إلى ذلك، تنخفض زاوية الطور أيضًا من 79 Ω إلى 58 Ω في منطقة التردد المتوسط، مما يدل على ذروة واسعة وطبقة داخلية كثيفة وطبقة خارجية متناثرة (مسامية) هي العناصر الرئيسية ملامح فيلم سلبي غير متجانس28.لذلك، مع ارتفاع درجة الحرارة، يذوب الفيلم التخميل المتكون على سطح الركيزة المعدنية ويتشقق، مما يضعف الخصائص الوقائية للركيزة ويؤدي إلى تدهور مقاومة المادة للتآكل.
باستخدام برنامج ZSimDeme لملاءمة بيانات طيف المعاوقة، تظهر الدائرة المكافئة المجهزة في الشكل 330، حيث Rs هي مقاومة المحلول المحاكى، وQ1 هي سعة الفيلم، وRf هي مقاومة الفيلم السلبي المولد، وQ2 هي المقاومة المزدوجة سعة الطبقة، وRct هي مقاومة نقل الشحنة.من نتائج التركيب في الجدوليوضح الشكل 3 أنه مع زيادة درجة حرارة المحلول المحاكى، تنخفض قيمة n1 من 0.841 إلى 0.769، مما يشير إلى زيادة في الفجوة بين المكثفات ذات الطبقتين وانخفاض الكثافة.انخفضت مقاومة نقل الشحنة Rct تدريجياً من 2.958×1014 إلى 2.541×103 Ω cm2، مما يدل على انخفاض تدريجي في مقاومة التآكل للمادة.انخفضت مقاومة المحلول Rs من 2.953 إلى 2.469 Ω cm2، وانخفضت السعة Q2 للفيلم التخميل من 5.430 10-4 إلى 1.147 10-3 Ω cm2، وزادت موصلية المحلول، وانخفض استقرار الفيلم التخميل ، والحل Cl-، SO42-، وما إلى ذلك) في الزيادات المتوسطة، مما يسرع تدمير الفيلم التخميل31.يؤدي هذا إلى انخفاض في مقاومة الفيلم Rf (من 4662 إلى 849 Ω cm2) وانخفاض في مقاومة الاستقطاب Rp (Rct+Rf) المتكونة على سطح الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج.
لذلك فإن درجة حرارة المحلول تؤثر على مقاومة التآكل للمحلول DSS 2205. عند درجة حرارة منخفضة للمحلول تحدث عملية تفاعل بين الكاثود والأنود في وجود Fe2 + مما يساهم في سرعة انحلال وتآكل المحلول. الأنود، بالإضافة إلى تخميل الفيلم المتشكل على السطح، وكثافة أكثر اكتمالًا وأعلى، ونقل شحنة مقاومة أكبر بين المحاليل، يبطئ تفكك المصفوفة المعدنية ويظهر مقاومة أفضل للتآكل.مع زيادة درجة حرارة المحلول، تقل مقاومة نقل الشحنة Rct، ويتسارع معدل التفاعل بين الأيونات في المحلول، ويتسارع معدل انتشار الأيونات العدوانية، بحيث تتشكل منتجات التآكل الأولية مرة أخرى على سطح المحلول. الركيزة من سطح الركيزة المعدنية.يضعف الفيلم التخميل الرقيق الخصائص الوقائية للركيزة.
على الشكل.يوضح الشكل 4 منحنيات الاستقطاب الديناميكي المحتملة لـ 2205 DSS في المحاليل المحاكاة التي تحتوي على 100 جم / لتر Cl وثاني أكسيد الكربون المشبع في درجات حرارة مختلفة.يمكن أن نرى من الشكل أنه عندما يكون الجهد في النطاق من -0.4 إلى 0.9 فولت، فإن منحنيات الأنود عند درجات حرارة مختلفة لها مناطق تخميل واضحة، ويكون احتمال التآكل الذاتي حوالي -0.7 إلى -0.5 فولت. تزيد الكثافة من التيار حتى 100 ميكرو أمبير/سم 233 ويسمى منحنى الأنود عادة بجهد التأليب (Eb أو Etra).مع ارتفاع درجة الحرارة، تنخفض فترة التخميل، وتنخفض احتمالية التآكل الذاتي، وتميل كثافة تيار التآكل إلى الزيادة، ويتحول منحنى الاستقطاب إلى الأسفل إلى اليمين، مما يشير إلى أن الفيلم المتكون بواسطة DSS 2205 في المحلول المحاكى قد نشط نشاط.محتوى 100 جم / لتر من الكلور وثاني أكسيد الكربون المشبع، يزيد من الحساسية للتآكل، ويتلف بسهولة بسبب الأيونات العدوانية، مما يؤدي إلى زيادة تآكل المصفوفة المعدنية وانخفاض مقاومة التآكل.
يمكن أن نرى من الجدول 4 أنه عندما ترتفع درجة الحرارة من 30 درجة مئوية إلى 45 درجة مئوية، تنخفض إمكانية التخميل الزائد المقابلة قليلاً، لكن كثافة تيار التخميل بالحجم المقابل تزيد بشكل كبير، مما يشير إلى أن حماية فيلم التخميل تحت هذه الظروف تزداد مع زيادة درجة الحرارة.عندما تصل درجة الحرارة إلى 60 درجة مئوية، تنخفض إمكانية التنقر المقابلة بشكل ملحوظ، ويصبح هذا الاتجاه أكثر وضوحًا مع ارتفاع درجة الحرارة.تجدر الإشارة إلى أنه عند 75 درجة مئوية تظهر ذروة تيار عابرة كبيرة في الشكل، مما يشير إلى وجود تآكل تأليب شبه مستقر على سطح العينة.
لذلك، مع زيادة درجة حرارة المحلول، تنخفض كمية الأكسجين المذاب في المحلول، وتنخفض قيمة الرقم الهيدروجيني لسطح الفيلم، وينخفض استقرار الفيلم السلبي.بالإضافة إلى ذلك، كلما ارتفعت درجة حرارة المحلول، زاد نشاط الأيونات العدوانية في المحلول وزاد معدل تلف طبقة الفيلم السطحية للركيزة.تتساقط الأكاسيد المتكونة في طبقة الفيلم بسهولة وتتفاعل مع الكاتيونات الموجودة في طبقة الفيلم لتكوين مركبات قابلة للذوبان، مما يزيد من احتمالية التنقر.نظرًا لأن طبقة الفيلم المعاد إنشاؤها فضفاضة نسبيًا، فإن التأثير الوقائي على الركيزة منخفض، مما يزيد من تآكل الركيزة المعدنية.تتوافق نتائج اختبار احتمال الاستقطاب الديناميكي مع نتائج التحليل الطيفي للمقاومة.
على الشكل.يوضح الشكل 5 أ أنه منحني لـ 2205 DSS في محلول نموذجي يحتوي على 100 جم / لتر Cl وثاني أكسيد الكربون المشبع.تم الحصول على كثافة تيار التخميل كدالة للوقت بعد الاستقطاب عند درجات حرارة مختلفة لمدة ساعة واحدة بقدرة -300 مللي فولت (نسبة إلى Ag/AgCl).يمكن ملاحظة أن اتجاه كثافة تيار التخميل البالغ 2205 DSS عند نفس الإمكانات ودرجات الحرارة المختلفة هو نفسه في الأساس، ويتناقص الاتجاه تدريجيًا مع مرور الوقت ويميل إلى أن يكون سلسًا.مع زيادة درجة الحرارة تدريجيًا، زادت كثافة تيار التخميل البالغة 2205 DSS، وهو ما كان متسقًا مع نتائج الاستقطاب، والتي أشارت أيضًا إلى أن الخصائص الوقائية لطبقة الفيلم على الركيزة المعدنية انخفضت مع زيادة درجة حرارة المحلول.
منحنيات الاستقطاب الجهدي لـ 2205 DSS عند نفس إمكانية تكوين الفيلم ودرجات حرارة مختلفة.(أ) الكثافة الحالية مقابل الزمن، (ب) لوغاريتم نمو الفيلم السلبي.
التحقق من العلاقة بين كثافة تيار التخميل والوقت عند درجات حرارة مختلفة لنفس إمكانية تكوين الفيلم، كما هو مبين في (1)34:
حيث i هي كثافة تيار التخميل عند جهد تكوين الفيلم، A/cm2.A هي مساحة القطب العامل، سم 2.K هو ميل المنحنى المناسب له.الوقت ر، ق
على الشكل.يُظهر الشكل 5 ب منحنيات logI وlogt لـ 2205 DSS عند درجات حرارة مختلفة عند نفس إمكانية تكوين الفيلم.وفقًا لبيانات الأدبيات،35 عندما ينحدر الخط K = -1، تكون طبقة الفيلم المتكونة على سطح الركيزة أكثر كثافة ولديها مقاومة أفضل للتآكل على الركيزة المعدنية.وعندما ينحدر الخط المستقيم K = -0.5، تكون طبقة الفيلم المتكونة على السطح فضفاضة، وتحتوي على العديد من الثقوب الصغيرة ولها مقاومة ضعيفة للتآكل على الركيزة المعدنية.يمكن ملاحظة أنه عند 30 درجة مئوية، و45 درجة مئوية، و60 درجة مئوية، و75 درجة مئوية، يتغير هيكل طبقة الفيلم من المسام الكثيفة إلى المسام السائبة وفقًا للمنحدر الخطي المحدد.وفقا لنموذج عيب النقطة (PDM)36،37 يمكن ملاحظة أن الجهد المطبق أثناء الاختبار لا يؤثر على كثافة التيار، مما يشير إلى أن درجة الحرارة تؤثر بشكل مباشر على قياس كثافة تيار الأنود أثناء الاختبار، وبالتالي فإن التيار يزداد مع زيادة درجة الحرارة.الحل، وزيادة كثافة 2205 DSS، وانخفاض مقاومة التآكل.
تؤثر خصائص أشباه الموصلات لطبقة الأغشية الرقيقة المتكونة على DSS على مقاومتها للتآكل، ويؤثر نوع أشباه الموصلات وكثافة الناقل لطبقة الأغشية الرقيقة على تكسير وتنقر طبقة الأغشية الرقيقة DSS39،40 حيث تكون السعة C و E من تفي طبقة الغشاء الرقيق المحتملة بالعلاقة MS، ويتم حساب الشحنة الفضائية لأشباه الموصلات بالطريقة التالية:
في الصيغة، ε هي السماحية للفيلم التخميل في درجة حرارة الغرفة، تساوي 1230، ε0 هي السماحية الفراغية، تساوي 8.85 × 10–14 F/cm، E هي الشحنة الثانوية (1.602 × 10–19 درجة مئوية). ;ND هي كثافة الجهات المانحة لأشباه الموصلات من النوع n، cm–3، NA هي كثافة متقبل أشباه الموصلات من النوع p، cm–3، EFB هي إمكانات النطاق المسطح، V، K هو ثابت بولتزمان، 1.38 × 10–3 .23 J/K، T – درجة الحرارة، K.
يمكن حساب المنحدر والتقاطع للخط المجهز عن طريق تركيب فصل خطي على منحنى MS المقاس، والتركيز المطبق (ND)، والتركيز المقبول (NA)، وإمكانات النطاق المسطح (Efb) .
على الشكل.يُظهر الشكل 6 منحنى Mott-Schottky للطبقة السطحية لفيلم 2205 DSS المتكون في محلول محاكاة يحتوي على 100 جم/لتر Cl- ومشبع بثاني أكسيد الكربون عند جهد محتمل (-300 مللي فولت) لمدة ساعة واحدة.ويمكن ملاحظة أن جميع طبقات الأغشية الرقيقة المتكونة عند درجات حرارة مختلفة لها خصائص أشباه الموصلات ثنائية القطب من النوع n+p.يتميز أشباه الموصلات من النوع n بانتقائية أنيون المحلول، والتي يمكن أن تمنع الكاتيونات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ من الانتشار في المحلول من خلال فيلم التخميل، بينما يتميز أشباه الموصلات من النوع p بانتقائية الكاتيون، والتي يمكن أن تمنع الأنيونات المسببة للتآكل في المحلول من معابر التخميل. يأتي الفيلم على سطح الركيزة 26 .ويمكن أيضًا ملاحظة أن هناك انتقالًا سلسًا بين منحنيي التركيب، والفيلم في حالة شريط مسطح، ويمكن استخدام إمكانات النطاق المسطح Efb لتحديد موضع نطاق الطاقة لأشباه الموصلات وتقييمه الكهروكيميائي الاستقرار43..
وفقًا لنتائج تركيب منحنى MC الموضحة في الجدول 5، تم حساب التركيز الصادر (ND) وتركيز الاستقبال (NA) وإمكانات النطاق المسطح Efb 44 بنفس الترتيب من حيث الحجم.تميز كثافة تيار الموجة الحاملة المطبقة بشكل أساسي العيوب النقطية في طبقة الشحنة الفضائية وإمكانات تأليب الفيلم التخميل.كلما زاد تركيز الناقل المطبق، كلما كان كسر طبقة الفيلم أسهل وزاد احتمال تآكل الركيزة.بالإضافة إلى ذلك، مع زيادة تدريجية في درجة حرارة المحلول، زاد تركيز باعث ND في طبقة الفيلم من 5.273×1020 سم-3 إلى 1.772×1022 سم-3، وزاد تركيز مضيف NA من 4.972×1021 إلى 4.592 ×1023.سم - كما هو موضح في الشكل.في الشكل 3، تزداد إمكانات النطاق المسطح من 0.021 فولت إلى 0.753 فولت، ويزداد عدد الموجات الحاملة في المحلول، ويزداد التفاعل بين الأيونات في المحلول، وينخفض استقرار طبقة الفيلم.مع زيادة درجة حرارة المحلول، كلما قلت القيمة المطلقة لميل الخط التقريبي، زادت كثافة الموجات الحاملة في المحلول، وارتفع معدل الانتشار بين الأيونات، وزاد عدد الشواغر الأيونية على المحلول. سطح طبقة الفيلم.، وبالتالي تقليل الركيزة المعدنية والاستقرار ومقاومة التآكل 46,47.
التركيب الكيميائي للفيلم له تأثير كبير على استقرار الكاتيونات المعدنية وأداء أشباه الموصلات، والتغير في درجة الحرارة له تأثير مهم على تشكيل فيلم الفولاذ المقاوم للصدأ.على الشكل.يوضح الشكل 7 طيف XPS الكامل للطبقة السطحية لفيلم DSS 2205 في محلول محاكاة يحتوي على 100 جم/لتر Cl وثاني أكسيد الكربون المشبع.العناصر الرئيسية في الأفلام التي تتكون من الرقائق عند درجات حرارة مختلفة هي في الأساس نفسها، والمكونات الرئيسية للأغشية هي Fe وCr وNi وMo وO وN وC. وبالتالي، فإن المكونات الرئيسية لطبقة الفيلم هي Fe ، Cr، Ni، Mo، O، N و C. حاوية تحتوي على أكاسيد Cr وأكاسيد Fe وهيدروكسيدات وكمية صغيرة من أكاسيد Ni و Mo.
تم التقاط أطياف XPS 2205 DSS الكاملة في درجات حرارة مختلفة.(أ) 30 درجة مئوية، (ب) 45 درجة مئوية، (ج) 60 درجة مئوية، (د) 75 درجة مئوية.
يرتبط التركيب الرئيسي للفيلم بالخصائص الديناميكية الحرارية للمركبات الموجودة في الفيلم التخميل.حسب طاقة الربط للعناصر الرئيسية في طبقة الفيلم المبينة في الجدول.في الشكل 6، يمكن ملاحظة أن القمم الطيفية المميزة لـ Cr2p3/2 تنقسم إلى معدن Cr0 (573.7 ± 0.2 فولت) وCr2O3 (574.5 ± 0.3 فولت) وCr(OH)3 (575.4 ± 0.1 فولت) كما هو موضح في الشكل 8 أ، حيث يكون الأكسيد الناتج عن عنصر الكروم هو المكون الرئيسي في الفيلم، والذي يلعب دورًا مهمًا في مقاومة تآكل الفيلم وأدائه الكهروكيميائي.كثافة الذروة النسبية لـ Cr2O3 في طبقة الفيلم أعلى من كثافة Cr(OH)3.ومع ذلك، مع زيادة درجة حرارة المحلول الصلب، تضعف الذروة النسبية لـ Cr2O3 تدريجيًا، بينما تزداد الذروة النسبية لـ Cr(OH)3 تدريجيًا، مما يشير إلى التحول الواضح لـ Cr3+ الرئيسي في طبقة الغشاء من Cr2O3 إلى Cr(OH) 3 وترتفع درجة حرارة المحلول .
تتكون طاقة الربط لقمم الطيف المميز لـ Fe2p3/2 بشكل أساسي من أربع قمم للحالة المعدنية Fe0 (706.4 ± 0.2 eV)، Fe3O4 (707.5 ± 0.2 eV)، FeO (709.5 ± 0.1 eV) وFeOOH (713.1) eV) ± 0.3 eV)، كما هو مبين في الشكل 8 ب، يوجد Fe بشكل أساسي في الفيلم المُشكل في شكل Fe2+ وFe3+.يهيمن Fe2+ من FeO على Fe(II) عند قمم طاقة الربط المنخفضة، بينما تهيمن مركبات Fe3O4 وFe(III) FeOOH على قمم طاقة الربط الأعلى .الكثافة النسبية لذروة Fe3+ أعلى من Fe2+، لكن الكثافة النسبية لذروة Fe3+ تتناقص مع زيادة درجة حرارة المحلول، وتزداد الكثافة النسبية لذروة Fe2+، مما يشير إلى تغير في المادة الرئيسية في طبقة الفيلم من Fe3+ إلى Fe2+ لزيادة درجة حرارة المحلول.
تتكون القمم الطيفية المميزة لـ Mo3d5/2 بشكل أساسي من موقعي ذروة Mo3d5/2 وMo3d3/243.50، في حين تشتمل Mo3d5/2 على Mo (227.5 ± 0.3 eV) وMo4+ (228.9 ± 0.2 eV) وMo6+ (229.4 ± 0.3 eV) ) ، بينما يحتوي Mo3d3/2 أيضًا على Mo (230.4 ± 0.1 eV) وMo4+ (231.5 ± 0.2 eV) وMo6+ (232، 8 ± 0.1 eV) كما هو موضح في الشكل 8ج، وبالتالي فإن عناصر Mo موجودة في أكثر من ثلاثة تكافؤ حالة طبقة الفيلم.تتكون طاقات الربط للقمم الطيفية المميزة لـ Ni2p3/2 من Ni0 (852.4 ± 0.2 eV) وNiO (854.1 ± 0.2 eV)، كما هو مبين في الشكل 8g على التوالي.تتكون ذروة N1s المميزة من N (399.6 ± 0.3 فولت)، كما هو مبين في الشكل 8 د.تشمل قمم O1 المميزة O2- (529.7 ± 0.2 eV)، OH- (531.2 ± 0.2 eV) وH2O (531.8 ± 0.3 eV)، كما هو مبين في الشكل. المكونات الرئيسية لطبقة الفيلم هي (OH- وO2 -) ، والتي تستخدم بشكل أساسي للأكسدة أو أكسدة الهيدروجين لـ Cr و Fe في طبقة الفيلم.زادت شدة الذروة النسبية لـ OH- بشكل ملحوظ مع زيادة درجة الحرارة من 30 درجة مئوية إلى 75 درجة مئوية.لذلك، مع زيادة درجة الحرارة، يتغير تكوين المادة الرئيسية لـ O2- في طبقة الفيلم من O2- إلى OH- وO2-.
على الشكل.يوضح الشكل 9 الشكل السطحي المجهري للعينة 2205 DSS بعد الاستقطاب الديناميكي المحتمل في محلول نموذجي يحتوي على 100 جم/لتر من الكلور وثاني أكسيد الكربون المشبع.ويمكن ملاحظة أنه على سطح العينات المستقطبة عند درجات حرارة مختلفة توجد حفر تآكل بدرجات متفاوتة، ويحدث ذلك في محلول من الأيونات العدوانية، ومع زيادة درجة حرارة المحلول يحدث تآكل أكثر خطورة على المحلول. سطح العيناتالمادة المتفاعلة.يزداد عدد حفر الحفر لكل وحدة مساحة ويزداد عمق مراكز التآكل.
منحنيات التآكل لـ 2205 DSS في المحاليل النموذجية التي تحتوي على 100 جم / لتر Cl- وثاني أكسيد الكربون المشبع عند درجات حرارة مختلفة (أ) 30 درجة مئوية، (ب) 45 درجة مئوية، (ج) 60 درجة مئوية، (د) 75 درجة مئوية ج.
ولذلك فإن زيادة درجة الحرارة ستؤدي إلى زيادة نشاط كل مكون من مكونات DSS، وكذلك زيادة نشاط الأيونات العدوانية في بيئة عدوانية، مما يسبب درجة معينة من الضرر لسطح العينة، مما سيؤدي إلى زيادة نشاط التنقر.وسيزداد تكوين حفر التآكل.سيزداد معدل تكوين المنتج وستنخفض مقاومة المادة للتآكل 51،52،53،54،55.
على الشكل.يُظهر الشكل 10 التشكل وعمق الحفر لعينة 2205 DSS مستقطبة بعمق عالٍ جدًا للمجهر الرقمي البصري الميداني.من الشكل.يوضح الشكل 10 أ أن حفر التآكل الأصغر ظهرت أيضًا حول الحفر الكبيرة، مما يشير إلى أن الفيلم التخميل على سطح العينة قد تم تدميره جزئيًا مع تكوين حفر التآكل بكثافة تيار معينة، وكان الحد الأقصى لعمق الحفر 12.9 ميكرومتر.كما هو مبين في الشكل 10ب.
يظهر DSS مقاومة أفضل للتآكل، والسبب الرئيسي هو أن الفيلم المتكون على سطح الفولاذ محمي بشكل جيد في محلول Mott-Schottky، وفقًا لنتائج XPS المذكورة أعلاه والأدبيات ذات الصلة 13،56،57،58، الفيلم بشكل أساسي يمر عبر ما يلي وهذه هي عملية أكسدة الحديد والكروم.
Fe2+ يذوب ويترسب بسهولة عند السطح البيني 53 بين الفيلم والمحلول، وتكون عملية التفاعل الكاثودي كما يلي:
في حالة التآكل، يتم تشكيل فيلم هيكلي من طبقتين، يتكون بشكل رئيسي من طبقة داخلية من أكاسيد الحديد والكروم وطبقة هيدروكسيد خارجية، وعادة ما تنمو الأيونات في مسام الفيلم.يرتبط التركيب الكيميائي لفيلم التخميل بخصائص أشباه الموصلات، كما يتضح من منحنى Mott-Schottky، مما يشير إلى أن تكوين فيلم التخميل هو من النوع n+p وله خصائص ثنائية القطب.تظهر نتائج XPS أن الطبقة الخارجية للفيلم التخميل تتكون بشكل أساسي من أكاسيد وهيدروكسيدات الحديد التي تظهر خصائص أشباه الموصلات من النوع n، وتتكون الطبقة الداخلية بشكل أساسي من أكاسيد وهيدروكسيدات الكروم التي تظهر خصائص أشباه الموصلات من النوع p.
يتمتع 2205 DSS بمقاومة عالية نظرًا لمحتواه العالي من Cr17.54 ويظهر درجات متفاوتة من الحفر بسبب التآكل الجلفاني المجهري بين الهياكل المزدوجة.يعد التآكل التنقري أحد أكثر أنواع التآكل شيوعًا في DSS، وتعد درجة الحرارة أحد العوامل المهمة التي تؤثر على سلوك التآكل التنقري ولها تأثير على العمليات الديناميكية الحرارية والحركية لتفاعل DSS60،61.عادةً، في المحلول المحاكى الذي يحتوي على تركيز عالٍ من Cl- وثاني أكسيد الكربون المشبع، تؤثر درجة الحرارة أيضًا على تكوين التنقر وبدء التشققات أثناء تكسير التآكل الإجهادي تحت تشقق التآكل الإجهادي، ويتم تحديد درجة الحرارة الحرجة للتنقر لتقييمها مقاومة التآكل.مفاجآت صيف دبي.تُستخدم المادة، التي تعكس حساسية المصفوفة المعدنية لدرجة الحرارة، بشكل شائع كمرجع مهم في اختيار المواد في التطبيقات الهندسية.متوسط درجة حرارة التنقر الحرجة لـ 2205 DSS في المحلول المحاكى هو 66.9 درجة مئوية، وهو أعلى بمقدار 25.6 درجة مئوية من الفولاذ المقاوم للصدأ Super 13Cr مع 3.5% كلوريد الصوديوم، ولكن أقصى عمق تأليب يصل إلى 12.9 ميكرومتر62.كما أكدت النتائج الكهروكيميائية أن المناطق الأفقية لزاوية الطور والتردد تضيق مع زيادة درجة الحرارة، ومع تناقص زاوية الطور من 79° إلى 58° فإن قيمة |Z|ينخفض من 1.26×104 إلى 1.58×103 Ω cm2.انخفضت مقاومة نقل الشحنة Rct من 2.9581014 إلى 2.541103 Ω cm2، وانخفضت مقاومة المحلول Rs من 2.953 إلى 2.469 Ω cm2، وانخفضت مقاومة الفيلم Rf من 5.43010-4 سم2 إلى 1.14710-3 سم2.تزداد موصلية المحلول العدواني، وينخفض استقرار طبقة فيلم المصفوفة المعدنية، وتذوب وتتشقق بسهولة.زادت كثافة تيار التآكل الذاتي من 1.482 إلى 2.893×10-6 سم-2، وانخفضت إمكانية التآكل الذاتي من -0.532 إلى -0.621 فولت.يمكن ملاحظة أن التغير في درجة الحرارة يؤثر على سلامة وكثافة طبقة الفيلم.
على العكس من ذلك، فإن التركيز العالي لـ Cl- والمحلول المشبع لثاني أكسيد الكربون يزيد تدريجيًا من قدرة امتصاص Cl- على سطح فيلم التخميل مع زيادة درجة الحرارة، ويصبح استقرار فيلم التخميل غير مستقر، ويصبح التأثير الوقائي على تصبح الركيزة أضعف وتزداد القابلية للتنقر.في هذه الحالة، يزداد نشاط الأيونات المسببة للتآكل في المحلول، وينخفض محتوى الأكسجين، ومن الصعب استعادة الطبقة السطحية للمادة المتآكلة بسرعة، مما يخلق ظروفًا أكثر ملاءمة لمزيد من امتصاص الأيونات المسببة للتآكل على السطح.تخفيض المواد63.روبنسون وآخرون.[64] أظهر أنه مع زيادة درجة حرارة المحلول، يتسارع معدل نمو الحفر، ويزداد أيضًا معدل انتشار الأيونات في المحلول.عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 65 درجة مئوية، فإن ذوبان الأكسجين في محلول يحتوي على Cl- أيونات يبطئ عملية التفاعل الكاثودي، وينخفض معدل التنقر.قام Han20 بدراسة تأثير درجة الحرارة على سلوك التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 في بيئة ثاني أكسيد الكربون.وأظهرت النتائج أن زيادة درجة الحرارة تزيد من كمية منتجات التآكل ومساحة تجاويف الانكماش على سطح المادة.وبالمثل، عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 150 درجة مئوية، ينكسر فيلم الأكسيد الموجود على السطح، وتكون كثافة الحفر هي الأعلى.قام Lu4 بالتحقيق في تأثير درجة الحرارة على سلوك التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 من التخميل إلى التنشيط في بيئة الطاقة الحرارية الأرضية التي تحتوي على ثاني أكسيد الكربون.تظهر نتائجهم أنه عند درجة حرارة اختبار أقل من 150 درجة مئوية، يكون للفيلم المتشكل بنية غير متبلورة مميزة، وتحتوي الواجهة الداخلية على طبقة غنية بالنيكل، وعند درجة حرارة 300 درجة مئوية، يكون لمنتج التآكل الناتج بنية نانوية. .-البلورات FeCr2O4، CrOOH وNiFe2O4.
على الشكل.11 عبارة عن رسم تخطيطي لعملية التآكل وتشكيل الفيلم لـ 2205 DSS.قبل الاستخدام، يشكل 2205 DSS طبقة تخميلية في الغلاف الجوي.بعد غمره في بيئة تحاكي محلولًا يحتوي على محاليل تحتوي على نسبة عالية من Cl- وCO2، يُحاط سطحه بسرعة بأيونات عدوانية مختلفة (Cl-، CO32-، وما إلى ذلك).).توصل J. Banas 65 إلى استنتاج مفاده أنه في بيئة يتواجد فيها ثاني أكسيد الكربون في نفس الوقت، فإن استقرار الطبقة التخميلية على سطح المادة سوف يتناقص بمرور الوقت، ويميل حمض الكربونيك المتكون إلى زيادة توصيل الأيونات في التخميل طبقة.فيلم وتسريع ذوبان الأيونات في فيلم تخميل.فيلم التخميل.وبالتالي، فإن طبقة الفيلم على سطح العينة تكون في مرحلة توازن ديناميكي من الذوبان وإعادة التخميل66، ويقلل Cl- من معدل تكوين طبقة الفيلم السطحية، وتظهر حفر صغيرة على المنطقة المجاورة لسطح الفيلم، كما هو مبين في الشكل 3. اعرض.كما هو مبين في الشكل 11أ و ب، تظهر حفر تآكل صغيرة غير مستقرة في نفس الوقت.مع ارتفاع درجة الحرارة، يزداد نشاط الأيونات المسببة للتآكل في المحلول الموجود على طبقة الفيلم، ويزداد عمق الحفر الصغيرة غير المستقرة حتى يتم اختراق طبقة الفيلم بالكامل بواسطة الطبقة الشفافة، كما هو موضح في الشكل 11ج.مع زيادة أخرى في درجة حرارة وسط الذوبان، يتسارع محتوى ثاني أكسيد الكربون المذاب في المحلول، مما يؤدي إلى انخفاض قيمة الرقم الهيدروجيني للمحلول، وزيادة كثافة أصغر حفر التآكل غير المستقرة على سطح SPP ، يتوسع عمق حفر التآكل الأولية ويتعمق، والفيلم التخميل على سطح العينة مع انخفاض السُمك، يصبح التخميل الفيلم أكثر عرضة للتنقر كما هو موضح في الشكل 11 د.وأكدت النتائج الكهروكيميائية بالإضافة إلى ذلك أن التغير في درجة الحرارة له تأثير معين على سلامة وكثافة الفيلم.وبالتالي، يمكن ملاحظة أن التآكل في المحاليل المشبعة بثاني أكسيد الكربون التي تحتوي على تركيزات عالية من Cl- يختلف بشكل كبير عن التآكل في المحاليل التي تحتوي على تركيزات منخفضة من Cl-67,68.
عملية التآكل 2205 DSS مع تكوين وتدمير فيلم جديد.(أ) العملية 1، (ب) العملية 2، (ج) العملية 3، (د) العملية 4.
يبلغ متوسط درجة حرارة التنقر الحرجة 2205 DSS في محلول محاكاة يحتوي على 100 جم/لتر Cl- وثاني أكسيد الكربون المشبع 66.9 درجة مئوية، والحد الأقصى لعمق التنقر هو 12.9 ميكرومتر، مما يقلل من مقاومة التآكل لـ 2205 DSS ويزيد من حساسية التنقر.زيادة درجة الحرارة.
وقت النشر: 16 فبراير 2023