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O aço inoxidável Duplex 2205 (DSS) tem boa resistência à corrosão devido à sua estrutura duplex típica, mas o ambiente cada vez mais severo de petróleo e gás contendo CO2 resulta em vários graus de corrosão, especialmente corrosão por pites, o que ameaça seriamente a segurança e a confiabilidade do petróleo e do petróleo natural. aplicações de gás.desenvolvimento de gás.Neste trabalho, um teste de imersão e um teste eletroquímico são utilizados em combinação com microscopia confocal a laser e espectroscopia de fotoelétrons de raios X.Os resultados mostraram que a temperatura crítica média para o pite do 2205 DSS foi de 66,9 °C.Quando a temperatura é superior a 66,9 ℃, o potencial de ruptura por corrosão, o intervalo de passivação e o potencial de autocorrosão são reduzidos, a densidade da corrente de passivação de tamanho aumenta e a sensibilidade à corrosão aumenta.Com um aumento adicional na temperatura, o raio do arco capacitivo 2205 DSS diminui, a resistência superficial e a resistência à transferência de carga diminuem gradualmente, e a densidade dos portadores doadores e aceitadores na camada de filme do produto com características n + p-bipolares também aumenta, o teor de óxidos de Cr na camada interna do filme diminui, aumenta o teor de óxidos de Fe na camada externa, a dissolução da camada do filme aumenta, a estabilidade diminui, o número de poços e o tamanho dos poros aumentam.
No contexto do rápido desenvolvimento económico e social e do progresso social, a procura de recursos de petróleo e gás continua a crescer, forçando o desenvolvimento do petróleo e do gás a mudar gradualmente para as áreas do sudoeste e offshore com condições e ambientes mais severos, de modo que as condições de operação de a tubulação de fundo de poço torna-se cada vez mais severa..Deterioração 1,2,3.No campo da exploração de petróleo e gás, quando o aumento do CO2 4 e da salinidade e do teor de cloro 5, 6 no fluido produzido, o tubo de aço carbono 7 comum está sujeito a corrosão grave, mesmo que inibidores de corrosão sejam bombeados para a coluna de tubos, a corrosão não pode ser suprimida de forma eficaz o aço não pode mais atender aos requisitos de operação de longo prazo em ambientes agressivos e corrosivos com CO28,9,10.Os pesquisadores recorreram aos aços inoxidáveis duplex (DSS) com melhor resistência à corrosão.2205 DSS, o teor de ferrita e austenita no aço é de cerca de 50%, possui excelentes propriedades mecânicas e resistência à corrosão, o filme de passivação superficial é denso, possui excelente resistência à corrosão uniforme, o preço é inferior ao das ligas à base de níquel 11 , 12. Assim, 2205 DSS é comumente usado como vaso de pressão em ambiente corrosivo, revestimento de poço de petróleo em ambiente corrosivo de CO2, refrigerador de água para sistema de condensação em campos petrolíferos e químicos offshore 13, 14, 15, mas 2205 DSS também pode ter perfuração corrosiva em serviço.
Atualmente, muitos estudos de corrosão por pites de CO2 e Cl 2205 DSS têm sido realizados no país e no exterior [16,17,18].Ebrahimi19 descobriu que a adição de um sal de dicromato de potássio a uma solução de NaCl pode inibir a corrosão do 2205 DSS, e aumentar a concentração de dicromato de potássio aumenta a temperatura crítica da corrosão do 2205 DSS.No entanto, o potencial de corrosão do 2205 DSS aumenta devido à adição de uma certa concentração de NaCl ao dicromato de potássio e diminui com o aumento da concentração de NaCl.Han20 mostra que de 30 a 120°C, a estrutura do filme passivador 2205 DSS é uma mistura de camada interna de Cr2O3, camada externa de FeO e Cr rico;quando a temperatura sobe para 150 °C, o filme de passivação se dissolve., a estrutura interna muda para Cr2O3 e Cr(OH)3, e a camada externa muda para óxido de Fe(II,III) e hidróxido de Fe(III).Peguet21 descobriu que a corrosão estacionária do aço inoxidável S2205 em solução de NaCl geralmente ocorre não abaixo da temperatura crítica de corrosão (CPT), mas na faixa de temperatura de transformação (TTI).Thiadi22 concluiu que à medida que a concentração de NaCl aumenta, a resistência à corrosão do AID S2205 diminui significativamente, e quanto mais negativo o potencial aplicado, pior é a resistência à corrosão do material.
Neste artigo, varredura de potencial dinâmico, espectroscopia de impedância, potencial constante, curva de Mott-Schottky e microscopia eletrônica óptica foram utilizadas para estudar o efeito da alta salinidade, alta concentração de Cl– e temperatura no comportamento de corrosão do 2205 DSS.e espectroscopia de fotoelétrons, que fornece a base teórica para a operação segura do 2205 DSS em ambientes de petróleo e gás contendo CO2.
O material de teste é selecionado de aço 2205 DSS tratado com solução (aço grau 110ksi), e a principal composição química é mostrada na Tabela 1.
O tamanho da amostra eletroquímica é de 10 mm × 10 mm × 5 mm, ela é limpa com acetona para remover óleo e etanol absoluto e seca.A parte traseira da peça de teste é soldada para conectar o comprimento apropriado de fio de cobre.Após a soldagem, use um multímetro (VC9801A) para verificar a condutividade elétrica da peça de teste soldada e, em seguida, sele a superfície não funcional com epóxi.Use lixa de água de carboneto de silício 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# para polir a superfície de trabalho na máquina de polir com agente de polimento 0,25um até a rugosidade da superfície Ra≤1,6um e, finalmente, limpe e coloque no termostato .
Foi utilizada uma estação de trabalho eletroquímica Priston (P4000A) com sistema de três eletrodos.Um eletrodo de platina (Pt) com área de 1 cm2 serviu como eletrodo auxiliar, um DSS 2205 (com área de 1 cm2) foi utilizado como eletrodo de trabalho e um eletrodo de referência (Ag/AgCl) foi utilizado. usado.A solução modelo utilizada no teste foi preparada conforme (Tabela 2).Antes do teste, uma solução de N2 de alta pureza (99,99%) foi passada por 1 h e, em seguida, CO2 foi passado por 30 min para desoxigenar a solução., e o CO2 na solução estava sempre em estado de saturação.
Primeiro, coloque a amostra no tanque que contém a solução de teste e coloque-a em banho-maria com temperatura constante.A temperatura inicial definida é de 2°C, e o aumento da temperatura é controlado a uma taxa de 1°C/min, e a faixa de temperatura é controlada.a 2-80°C.Celsius.O teste começa com um potencial constante (-0,6142 Vs.Ag/AgCl) e a curva de teste é uma curva It.De acordo com o padrão de teste de temperatura crítica de pite, a curva It pode ser conhecida.A temperatura na qual a densidade de corrente aumenta para 100 μA/cm2 é chamada de temperatura crítica de corrosão.A temperatura crítica média para pite é de 66,9 °C.As temperaturas de teste para a curva de polarização e o espectro de impedância foram escolhidas como 30°C, 45°C, 60°C e 75°C, respectivamente, e o teste foi repetido três vezes sob as mesmas condições de amostra para reduzir possíveis desvios.
Uma amostra de metal exposta à solução foi primeiro polarizada em um potencial catódico (-1,3 V) por 5 min antes de testar a curva de polarização potenciodinâmica para eliminar o filme de óxido formado na superfície de trabalho da amostra e, em seguida, em um potencial de circuito aberto de 1 h até que a tensão de corrosão não seja estabelecida.A taxa de varredura da curva de polarização do potencial dinâmico foi definida como 0,333mV/s, e o potencial do intervalo de varredura foi definido como -0,3~1,2V vs.Para garantir a precisão do teste, as mesmas condições de teste foram repetidas 3 vezes.
Software de teste de espectro de impedância – Versa Studio.O teste foi realizado primeiro em um potencial de circuito aberto constante, a amplitude da tensão alternada de perturbação foi ajustada para 10 mV e a frequência de medição foi ajustada para 10–2–105 Hz.dados do espectro após o teste.
Processo de teste da curva de tempo atual: selecione diferentes potenciais de passivação de acordo com os resultados da curva de polarização anódica, meça a curva It em potencial constante e ajuste a curva de logaritmo duplo para calcular a inclinação da curva ajustada para análise de filme.o mecanismo de formação do filme passivante.
Após a estabilização da tensão de circuito aberto, realize um teste de curva Mott-Schottky.Faixa de varredura potencial de teste 1,0 ~ -1,0 V (vS.Ag/AgCl), taxa de varredura 20 mV/s, frequência de teste definida para 1000 Hz, sinal de excitação 5 mV.
Use espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) (ESCALAB 250Xi, Reino Unido) para testar a composição e o estado químico do filme de passivação de superfície após a formação do filme 2205 DSS e realizar o processamento de ajuste de pico de dados de medição usando software superior.comparado com bancos de dados de espectros atômicos e literatura relacionada23 e calibrado usando C1s (284,8 eV).A morfologia da corrosão e a profundidade dos pites nas amostras foram caracterizadas utilizando um microscópio óptico digital ultraprofundo (Zeiss Smart Zoom5, Alemanha).
A amostra foi testada no mesmo potencial (-0,6142 V rel. Ag/AgCl) pelo método do potencial constante e a curva da corrente de corrosão foi registrada com o tempo.De acordo com o padrão de teste CPT, a densidade da corrente de polarização aumenta gradualmente com o aumento da temperatura.1 mostra a temperatura crítica de corrosão de 2205 DSS em uma solução simulada contendo 100 g/L Cl– e CO2 saturado.Pode-se observar que em baixa temperatura da solução, a densidade de corrente praticamente não muda com o aumento do tempo de teste.E quando a temperatura da solução aumentou para um determinado valor, a densidade de corrente aumentou rapidamente, indicando que a taxa de dissolução do filme passivante aumentou com o aumento da temperatura da solução.Quando a temperatura da solução sólida é aumentada de 2°C para cerca de 67°C, a densidade da corrente de polarização do 2205DSS aumenta para 100µA/cm2, e a temperatura crítica média de corrosão do 2205DSS é de 66,9°C, que é cerca de 16,6°C. superior ao 2205DSS.padrão 3,5 peso.% NaCl (0,7 V)26.A temperatura crítica de corrosão depende do potencial aplicado no momento da medição: quanto menor o potencial aplicado, maior a temperatura crítica de corrosão medida.
Curva de temperatura crítica de corrosão do aço inoxidável duplex 2205 em uma solução simulada contendo 100 g/L Cl– e CO2 saturado.
Na fig.2 mostra gráficos de impedância CA do 2205 DSS em soluções simuladas contendo 100 g/L de Cl- e CO2 saturado em várias temperaturas.Pode-se ver que o diagrama Nyquist do 2205DSS em várias temperaturas consiste em arcos de resistência-capacitância de alta frequência, média frequência e baixa frequência, e os arcos de resistência-capacitância não são semicirculares.O raio do arco capacitivo reflete o valor da resistência do filme passivante e o valor da resistência à transferência de carga durante a reação do eletrodo.É geralmente aceito que quanto maior o raio do arco capacitivo, melhor será a resistência à corrosão do substrato metálico em solução27.A uma temperatura de solução de 30 °C, o raio do arco capacitivo no diagrama de Nyquist e o ângulo de fase no diagrama do módulo de impedância |Z|Bode é o mais alto e a corrosão 2205 DSS é o mais baixo.À medida que a temperatura da solução aumenta, o |Z|módulo de impedância, raio do arco e resistência da solução diminuem, além disso, o ângulo de fase também diminui de 79 Ω para 58 Ω na região de frequência intermediária, mostrando um pico largo e uma camada interna densa e uma camada externa esparsa (porosa) são os principais características de um filme passivo não homogêneo28.Portanto, à medida que a temperatura aumenta, o filme passivador formado na superfície do substrato metálico se dissolve e racha, o que enfraquece as propriedades protetoras do substrato e deteriora a resistência à corrosão do material29.
Usando o software ZSimDeme para ajustar os dados do espectro de impedância, o circuito equivalente ajustado é mostrado na Fig. 330, onde Rs é a resistência da solução simulada, Q1 é a capacitância do filme, Rf é a resistência do filme passivador gerado, Q2 é o duplo capacitância da camada e Rct é a resistência à transferência de carga.A partir dos resultados do ajuste na tabela.3 mostra que à medida que a temperatura da solução simulada aumenta, o valor de n1 diminui de 0,841 para 0,769, o que indica um aumento no intervalo entre os capacitores de duas camadas e uma diminuição na densidade.A resistência à transferência de carga Rct diminuiu gradualmente de 2,958×1014 para 2,541×103 Ω cm2, o que indicou uma diminuição gradual na resistência à corrosão do material.A resistência da solução Rs diminuiu de 2,953 para 2,469 Ω cm2, e a capacitância Q2 do filme passivante diminuiu de 5,430 10-4 para 1,147 10-3 Ω cm2, a condutividade da solução aumentou, a estabilidade do filme passivante diminuiu , e a solução Cl-, SO42-, etc.) no meio aumenta, o que acelera a destruição do filme passivante31.Isto leva a uma diminuição na resistência do filme Rf (de 4662 para 849 Ω cm2) e a uma diminuição na resistência de polarização Rp (Rct+Rf) formada na superfície do aço inoxidável duplex.
Portanto, a temperatura da solução afeta a resistência à corrosão do DSS 2205. Em baixa temperatura da solução, ocorre um processo de reação entre o cátodo e o ânodo na presença de Fe2 +, o que contribui para a rápida dissolução e corrosão do ânodo, bem como a passivação do filme formado na superfície, mais completo e com maior densidade, maior transferência de carga de resistência entre soluções, retarda a dissolução da matriz metálica e apresenta melhor resistência à corrosão.À medida que a temperatura da solução aumenta, a resistência à transferência de carga Rct diminui, a taxa de reação entre os íons na solução acelera e a taxa de difusão de íons agressivos acelera, de modo que os produtos de corrosão iniciais são novamente formados na superfície de o substrato da superfície do substrato metálico.Uma película passivadora mais fina enfraquece as propriedades protetoras do substrato.
Na fig.A Figura 4 mostra as curvas de polarização potencial dinâmica do 2205 DSS em soluções simuladas contendo 100 g/L Cl– e CO2 saturado em várias temperaturas.Pode-se observar na figura que quando o potencial está na faixa de -0,4 a 0,9 V, as curvas anódicas em diferentes temperaturas têm regiões de passivação óbvias e o potencial de autocorrosão é de cerca de -0,7 a -0,5 V. Como o a densidade aumenta a corrente em até 100 μA/cm233, a curva anódica é geralmente chamada de potencial de corrosão (Eb ou Etra).À medida que a temperatura aumenta, o intervalo de passivação diminui, o potencial de autocorrosão diminui, a densidade da corrente de corrosão tende a aumentar e a curva de polarização se desloca para baixo para a direita, o que indica que o filme formado pelo DSS 2205 na solução simulada tem ativo atividade.teor de 100 g/l Cl– e CO2 saturado, aumenta a sensibilidade à corrosão por pites, é facilmente danificado por íons agressivos, o que leva ao aumento da corrosão da matriz metálica e à diminuição da resistência à corrosão.
Pode-se observar na Tabela 4 que quando a temperatura sobe de 30°C para 45°C, o potencial de sobrepassivação correspondente diminui ligeiramente, mas a densidade da corrente de passivação do tamanho correspondente aumenta significativamente, indicando que a proteção do filme passivante sob estes condições aumentam com o aumento da temperatura.Quando a temperatura atinge 60°C, o potencial de corrosão correspondente diminui significativamente, e esta tendência torna-se mais evidente à medida que a temperatura aumenta.Deve-se notar que a 75°C um pico de corrente transiente significativo aparece na figura, indicando a presença de corrosão por pites metaestável na superfície da amostra.
Portanto, com o aumento da temperatura da solução, a quantidade de oxigênio dissolvido na solução diminui, o valor do pH da superfície do filme diminui e a estabilidade do filme passivante diminui.Além disso, quanto maior a temperatura da solução, maior a atividade de íons agressivos na solução e maior a taxa de danos à camada superficial do filme do substrato.Os óxidos formados na camada de filme caem facilmente e reagem com cátions na camada de filme para formar compostos solúveis, aumentando a probabilidade de corrosão.Como a camada de filme regenerada é relativamente solta, o efeito protetor no substrato é baixo, o que aumenta a corrosão do substrato metálico.Os resultados do teste de potencial de polarização dinâmica são consistentes com os resultados da espectroscopia de impedância.
Na fig.A Figura 5a mostra curvas It para 2205 DSS em uma solução modelo contendo 100 g/L Cl– e CO2 saturado.A densidade da corrente de passivação em função do tempo foi obtida após polarização em diversas temperaturas por 1 h a um potencial de -300 mV (em relação a Ag/AgCl).Pode-se observar que a tendência da densidade de corrente de passivação do 2205 DSS no mesmo potencial e em diferentes temperaturas é basicamente a mesma, e a tendência diminui gradualmente com o tempo e tende a ser suave.À medida que a temperatura aumentou gradualmente, a densidade da corrente de passivação do 2205 DSS aumentou, o que foi consistente com os resultados da polarização, que também indicou que as características protetoras da camada de filme no substrato metálico diminuíram com o aumento da temperatura da solução.
Curvas de polarização potenciostática do 2205 DSS no mesmo potencial de formação de filme e diferentes temperaturas.(a) Densidade de corrente versus tempo, (b) Logaritmo de crescimento de filme passivo.
Investigue a relação entre a densidade da corrente de passivação e o tempo em diferentes temperaturas para o mesmo potencial de formação de filme, conforme mostrado em (1)34:
Onde i é a densidade da corrente de passivação no potencial de formação de filme, A/cm2.A é a área do eletrodo de trabalho, cm2.K é a inclinação da curva ajustada a ele.não é hora, é
Na fig.5b mostra curvas logI e logt para 2205 DSS em diferentes temperaturas e no mesmo potencial de formação de filme.De acordo com dados da literatura,35 quando a linha inclina K = -1, a camada de filme formada na superfície do substrato é mais densa e apresenta melhor resistência à corrosão do substrato metálico.E quando a linha reta inclina K = -0,5, a camada de filme formada na superfície está solta, contém muitos pequenos orifícios e tem baixa resistência à corrosão no substrato metálico.Pode-se observar que a 30°C, 45°C, 60°C e 75°C, a estrutura da camada de filme muda de poros densos para poros soltos de acordo com a inclinação linear selecionada.De acordo com o Modelo de Defeito Pontual (PDM)36,37 pode-se observar que o potencial aplicado durante o teste não afeta a densidade de corrente, indicando que a temperatura afeta diretamente a medição da densidade de corrente anódica durante o teste, portanto a corrente aumenta com o aumento da temperatura.solução, e a densidade de 2205 DSS aumenta e a resistência à corrosão diminui.
As propriedades semicondutoras da camada de filme fino formada no DSS afetam sua resistência à corrosão38, o tipo de semicondutor e a densidade de portador da camada de filme fino afetam a fissuração e corrosão da camada de filme fino DSS39,40 onde a capacitância C e E de a camada potencial de película fina satisfaz a relação MS, a carga espacial do semicondutor é calculada da seguinte maneira:
Na fórmula, ε é a permissividade do filme passivante à temperatura ambiente, igual a 1230, ε0 é a permissividade do vácuo, igual a 8,85 × 10–14 F/cm, E é a carga secundária (1,602 × 10–19 C) ;ND é a densidade dos doadores de semicondutores do tipo n, cm–3, NA é a densidade do aceitador do semicondutor do tipo p, cm–3, EFB é o potencial de banda plana, V, K é a constante de Boltzmann, 1,38 × 10–3 .23 J/K, T – temperatura, K.
A inclinação e a interceptação da linha ajustada podem ser calculadas ajustando uma separação linear à curva MS medida, concentração aplicada (ND), concentração aceita (NA) e potencial de banda plana (Efb) .
Na fig.6 mostra a curva de Mott-Schottky da camada superficial de um filme 2205 DSS formado em uma solução simulada contendo 100 g/l de Cl- e saturada com CO2 a um potencial (-300 mV) por 1 hora.Pode-se observar que todas as camadas de filme fino formadas em diferentes temperaturas possuem características de semicondutores bipolares do tipo n+p.O semicondutor tipo n possui seletividade de ânions em solução, o que pode evitar que cátions de aço inoxidável se difundam na solução através do filme de passivação, enquanto o semicondutor tipo p possui seletividade de cátions, que pode evitar que os ânions corrosivos em solução cruzem a passivação. na superfície do substrato 26.Também pode ser visto que há uma transição suave entre as duas curvas de ajuste, o filme está em um estado de banda plana, e o potencial de banda plana Efb pode ser usado para determinar a posição da banda de energia de um semicondutor e avaliar sua eletroquímica. estabilidade43..
De acordo com os resultados do ajuste da curva MC mostrados na Tabela 5, foram calculadas a concentração de saída (ND) e a concentração de recepção (NA) e o potencial de banda plana Efb 44 da mesma ordem de grandeza.A densidade da corrente portadora aplicada caracteriza principalmente defeitos pontuais na camada de carga espacial e o potencial de corrosão do filme passivante.Quanto maior a concentração do transportador aplicado, mais facilmente a camada do filme se rompe e maior a probabilidade de corrosão do substrato45.Além disso, com um aumento gradual na temperatura da solução, a concentração do emissor ND na camada do filme aumentou de 5,273×1020 cm-3 para 1,772×1022 cm-3, e a concentração do hospedeiro NA aumentou de 4,972×1021 para 4,592 ×1023.cm – como mostrado na fig.3, o potencial de banda plana aumenta de 0,021 V para 0,753 V, o número de portadores na solução aumenta, a reação entre os íons na solução se intensifica e a estabilidade da camada de filme diminui.À medida que a temperatura da solução aumenta, quanto menor for o valor absoluto da inclinação da linha de aproximação, maior será a densidade dos transportadores na solução, maior será a taxa de difusão entre os íons e maior será o número de vagas de íons na solução. superfície da camada de filme., reduzindo assim o substrato metálico, a estabilidade e a resistência à corrosão 46,47.
A composição química do filme tem um efeito significativo na estabilidade dos cátions metálicos e no desempenho dos semicondutores, e a mudança de temperatura tem um efeito importante na formação de um filme de aço inoxidável.Na fig.A Figura 7 mostra o espectro XPS completo da camada superficial de um filme 2205 DSS em uma solução simulada contendo 100 g/L Cl– e CO2 saturado.Os principais elementos dos filmes formados por chips em diferentes temperaturas são basicamente os mesmos, e os principais componentes dos filmes são Fe, Cr, Ni, Mo, O, N e C. Portanto, os principais componentes da camada do filme são Fe , Cr, Ni, Mo, O, N e C. Recipiente com óxidos de Cr, óxidos e hidróxidos de Fe e uma pequena quantidade de óxidos de Ni e Mo.
Espectros XPS 2205 DSS completos obtidos em várias temperaturas.(a) 30°С, (b) 45°С, (c) 60°С, (d) 75°С.
A principal composição do filme está relacionada às propriedades termodinâmicas dos compostos do filme passivante.De acordo com a energia de ligação dos principais elementos da camada do filme, apresentada na tabela.6, pode-se observar que os picos espectrais característicos de Cr2p3/2 são divididos em metal Cr0 (573,7 ± 0,2 eV), Cr2O3 (574,5 ± 0,3 eV) e Cr(OH)3 (575,4 ± 0,1 eV) como mostrado na Figura 8a, em que o óxido formado pelo elemento Cr é o principal componente do filme, que desempenha um papel importante na resistência à corrosão do filme e no seu desempenho eletroquímico.A intensidade relativa do pico de Cr2O3 na camada de filme é maior que a do Cr(OH)3.No entanto, à medida que a temperatura da solução sólida aumenta, o pico relativo de Cr2O3 enfraquece gradualmente, enquanto o pico relativo de Cr(OH)3 aumenta gradualmente, o que indica a transformação óbvia do principal Cr3+ na camada de filme de Cr2O3 para Cr(OH) 3, e a temperatura da solução aumenta.
A energia de ligação dos picos do espectro característico de Fe2p3/2 consiste principalmente em quatro picos do estado metálico Fe0 (706,4 ± 0,2 eV), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 eV), FeO (709,5 ± 0,1 eV) e FeOOH (713,1 eV) ± 0,3 eV), como mostrado na Fig. 8b, o Fe está presente principalmente no filme formado na forma de Fe2+ e Fe3+.Fe2+ de FeO domina Fe (II) em picos de energia de ligação mais baixos, enquanto os compostos Fe3O4 e Fe (III) FeOOH dominam em picos de energia de ligação mais altos .A intensidade relativa do pico Fe3+ é maior que a do Fe2+, mas a intensidade relativa do pico Fe3+ diminui com o aumento da temperatura da solução, e a intensidade relativa do pico Fe2+ aumenta, indicando uma mudança na substância principal na camada de filme de Fe3+ a Fe2+ para aumentar a temperatura da solução.
Os picos espectrais característicos de Mo3d5/2 consistem principalmente em duas posições de pico Mo3d5/2 e Mo3d3/243,50, enquanto Mo3d5/2 inclui Mo metálico (227,5 ± 0,3 eV), Mo4+ (228,9 ± 0,2 eV) e Mo6+ (229,4 ± 0,3 eV). ), enquanto Mo3d3/2 também contém Mo metálico (230,4 ± 0,1 eV), Mo4+ (231,5 ± 0,2 eV) e Mo6+ (232, 8 ± 0,1 eV) como mostrado na Figura 8c, então os elementos Mo existem nas três valências estado da camada de filme.As energias de ligação dos picos espectrais característicos do Ni2p3/2 consistem em Ni0 (852,4 ± 0,2 eV) e NiO (854,1 ± 0,2 eV), como mostrado na Fig.O pico característico de N1s consiste em N (399,6 ± 0,3 eV), como mostrado na Fig.Os picos característicos de O1s incluem O2- (529,7 ± 0,2 eV), OH- (531,2 ± 0,2 eV) e H2O (531,8 ± 0,3 eV), conforme mostrado na Fig. Os principais componentes da camada de filme são (OH- e O2 -) , que são usados principalmente para a oxidação ou oxidação de hidrogênio de Cr e Fe na camada de filme.A intensidade relativa do pico de OH- aumentou significativamente à medida que a temperatura aumentou de 30°C para 75°C.Portanto, com o aumento da temperatura, a principal composição do material O2- na camada do filme muda de O2- para OH- e O2-.
Na fig.A Figura 9 mostra a morfologia microscópica da superfície da amostra 2205 DSS após polarização potencial dinâmica em uma solução modelo contendo 100 g/L Cl– e CO2 saturado.Pode-se observar que na superfície das amostras polarizadas em diferentes temperaturas, existem poços de corrosão de vários graus, isso ocorre em uma solução de íons agressivos, e com o aumento da temperatura da solução ocorre uma corrosão mais grave no superfície das amostras.substrato.O número de poços por unidade de área e a profundidade dos centros de corrosão aumentam.
Curvas de corrosão de 2205 DSS em soluções modelo contendo 100 g/l Cl– e CO2 saturado em diferentes temperaturas (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c .
Portanto, um aumento na temperatura aumentará a atividade de cada componente do DSS, bem como aumentará a atividade de íons agressivos em um ambiente agressivo, causando certo grau de dano à superfície da amostra, o que aumentará a atividade de pite., e a formação de poços de corrosão aumentará.A taxa de formação do produto aumentará e a resistência à corrosão do material diminuirá51,52,53,54,55.
Na fig.10 mostra a morfologia e a profundidade de picada de uma amostra 2205 DSS polarizada com um microscópio digital óptico de profundidade de campo ultra-alta.Da fig.10a mostra que pontos de corrosão menores também apareceram ao redor de poços grandes, indicando que o filme passivante na superfície da amostra foi parcialmente destruído com a formação de pontos de corrosão em uma determinada densidade de corrente, e a profundidade máxima de corrosão foi de 12,9 µm.conforme mostrado na Figura 10b.
O DSS apresenta melhor resistência à corrosão, o principal motivo é que o filme formado na superfície do aço fica bem protegido em solução, Mott-Schottky, de acordo com os resultados XPS acima e literatura relacionada 13,56,57,58, o filme principalmente passa pelo seguinte Este é o processo de oxidação de Fe e Cr.
O Fe2+ se dissolve e precipita prontamente na interface 53 entre o filme e a solução, e o processo de reação catódica é o seguinte:
No estado corroído, forma-se um filme estrutural de duas camadas, que consiste principalmente em uma camada interna de óxidos de ferro e cromo e uma camada externa de hidróxido, e os íons geralmente crescem nos poros do filme.A composição química do filme passivante está relacionada às suas propriedades semicondutoras, conforme evidenciado pela curva de Mott-Schottky, indicando que a composição do filme passivante é do tipo n+p e possui características bipolares.Os resultados XPS mostram que a camada externa do filme passivante é composta principalmente de óxidos e hidróxidos de Fe exibindo propriedades semicondutoras do tipo n, e a camada interna é composta principalmente de óxidos e hidróxidos de Cr exibindo propriedades semicondutoras do tipo p.
O 2205 DSS possui alta resistividade devido ao seu alto teor de Cr17.54 e exibe vários graus de corrosão devido à corrosão galvânica microscópica55 entre estruturas duplex.A corrosão por pite é um dos tipos mais comuns de corrosão no DSS, e a temperatura é um dos fatores importantes que influenciam o comportamento da corrosão por pite e tem impacto nos processos termodinâmicos e cinéticos da reação do DSS .Normalmente, em uma solução simulada com uma alta concentração de Cl- e CO2 saturado, a temperatura também afeta a formação de pites e o início de trincas durante a fissuração por corrosão sob tensão sob a fissuração por corrosão sob tensão, e a temperatura crítica de pite é determinada para avaliar a resistência à corrosão.DSS.O material, que reflete a sensibilidade da matriz metálica à temperatura, é comumente usado como uma referência importante na seleção de materiais em aplicações de engenharia.A temperatura crítica média de pite do 2205 DSS na solução simulada é de 66,9°C, que é 25,6°C maior que a do aço inoxidável Super 13Cr com 3,5% de NaCl, mas a profundidade máxima de pite atingiu 12,9 µm62.Os resultados eletroquímicos confirmaram ainda que as regiões horizontais do ângulo de fase e da frequência se estreitam com o aumento da temperatura, e à medida que o ângulo de fase diminui de 79° para 58°, o valor de |Z|diminui de 1,26×104 para 1,58×103 Ω cm2.a resistência à transferência de carga Rct diminuiu de 2,958 1014 para 2,541 103 Ω cm2, a resistência da solução Rs diminuiu de 2,953 para 2,469 Ω cm2, a resistência do filme Rf diminuiu de 5,430 10-4 cm2 para 1,147 10-3 cm2.A condutividade da solução agressiva aumenta, a estabilidade da camada de filme da matriz metálica diminui, ela se dissolve e racha facilmente.A densidade de corrente de autocorrosão aumentou de 1,482 para 2,893×10-6 A cm-2, e o potencial de autocorrosão diminuiu de -0,532 para -0,621V.Pode-se observar que a mudança de temperatura afeta a integridade e a densidade da camada do filme.
Pelo contrário, uma alta concentração de Cl- e uma solução saturada de CO2 aumentam gradualmente a capacidade de adsorção de Cl- na superfície do filme passivante com o aumento da temperatura, a estabilidade do filme de passivação torna-se instável e o efeito protetor no o substrato torna-se mais fraco e a suscetibilidade à corrosão aumenta.Neste caso, a atividade dos íons corrosivos na solução aumenta, o teor de oxigênio diminui e a película superficial do material corroído é difícil de recuperar rapidamente, o que cria condições mais favoráveis para maior adsorção de íons corrosivos na superfície.Redução de materiais63.Robinson et al.[64] mostraram que com o aumento da temperatura da solução, a taxa de crescimento dos poços acelera e a taxa de difusão dos íons na solução também aumenta.Quando a temperatura sobe para 65 °C, a dissolução do oxigênio em uma solução contendo íons Cl- retarda o processo de reação catódica, a taxa de corrosão é reduzida.Han20 investigou o efeito da temperatura no comportamento de corrosão do aço inoxidável duplex 2205 em um ambiente de CO2.Os resultados mostraram que o aumento da temperatura aumentou a quantidade de produtos de corrosão e a área de cavidades de retração na superfície do material.Da mesma forma, quando a temperatura sobe para 150°C, a película de óxido na superfície se rompe e a densidade das crateras é mais alta.Lu4 investigou o efeito da temperatura no comportamento de corrosão do aço inoxidável duplex 2205 desde a passivação até a ativação em um ambiente geotérmico contendo CO2.Seus resultados mostram que a uma temperatura de teste abaixo de 150 °C, o filme formado tem uma estrutura amorfa característica, e a interface interna contém uma camada rica em níquel, e a uma temperatura de 300 °C, o produto de corrosão resultante tem uma estrutura em nanoescala. .-FeCr2O4 policristalino, CrOOH e NiFe2O4.
Na fig.11 é um diagrama do processo de corrosão e formação de filme do 2205 DSS.Antes do uso, o 2205 DSS forma uma película passivante na atmosfera.Após ser imerso em um ambiente que simula uma solução contendo soluções com alto teor de Cl- e CO2, sua superfície é rapidamente cercada por diversos íons agressivos (Cl-, CO32-, etc.).).J. Banas 65 chegou à conclusão de que em um ambiente onde o CO2 está presente simultaneamente, a estabilidade do filme passivante na superfície do material diminuirá com o tempo, e o ácido carbônico formado tende a aumentar a condutividade dos íons no passivante camada.filme e aceleração da dissolução de íons em um filme passivante.filme passivante.Assim, a camada de filme na superfície da amostra está em um estágio de equilíbrio dinâmico de dissolução e repassivação66, Cl- reduz a taxa de formação da camada de filme superficial, e pequenos pontos de corrosão aparecem na área adjacente da superfície do filme, como mostrado na Figura 3. Mostrar.Conforme mostrado na Figura 11a e b, pequenos poços de corrosão instáveis aparecem ao mesmo tempo.À medida que a temperatura aumenta, a atividade dos íons corrosivos em solução na camada do filme aumenta, e a profundidade dos minúsculos poços instáveis aumenta até que a camada do filme seja completamente penetrada pela camada transparente, como mostrado na Figura 11c.Com um aumento adicional na temperatura do meio de dissolução, o conteúdo de CO2 dissolvido na solução acelera, o que leva a uma diminuição no valor do pH da solução, um aumento na densidade dos menores poços de corrosão instáveis na superfície do SPP , a profundidade dos poços de corrosão iniciais se expande e se aprofunda, e o filme passivante na superfície da amostra À medida que a espessura diminui, o filme passivante torna-se mais propenso a corrosão, como mostrado na Figura 11d.E os resultados eletroquímicos confirmaram adicionalmente que a mudança de temperatura tem certo efeito na integridade e densidade do filme.Assim, pode-se observar que a corrosão em soluções saturadas com CO2 contendo altas concentrações de Cl- é significativamente diferente da corrosão em soluções contendo baixas concentrações de Cl-67,68.
Processo de corrosão 2205 DSS com formação e destruição de um novo filme.(a) Processo 1, (b) Processo 2, (c) Processo 3, (d) Processo 4.
A temperatura crítica média de corrosão do 2205 DSS em uma solução simulada contendo 100 g/l Cl– e CO2 saturado é de 66,9 ℃, e a profundidade máxima de corrosão é de 12,9 µm, o que reduz a resistência à corrosão do 2205 DSS e aumenta a sensibilidade à corrosão.aumento de temperatura.
Horário da postagem: 16 de fevereiro de 2023