Terima kasih telah mengunjungi Nature.com.Anda menggunakan versi browser dengan dukungan CSS terbatas.Untuk pengalaman terbaik, kami menyarankan Anda menggunakan browser yang diperbarui (atau menonaktifkan Mode Kompatibilitas di Internet Explorer).Selain itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, kami menampilkan situs tanpa gaya dan JavaScript.
Menampilkan carousel tiga slide sekaligus.Gunakan tombol Sebelumnya dan Berikutnya untuk berpindah melalui tiga slide sekaligus, atau gunakan tombol penggeser di akhir untuk berpindah melalui tiga slide sekaligus.
Baja tahan karat (DSS) dupleks 2205 memiliki ketahanan korosi yang baik karena struktur dupleksnya yang khas, namun lingkungan minyak dan gas yang mengandung CO2 yang semakin keras mengakibatkan berbagai tingkat korosi, terutama lubang, yang secara serius mengancam keselamatan dan keandalan minyak dan alam. aplikasi gas.pengembangan gas.Dalam karya ini, uji perendaman dan uji elektrokimia digunakan dalam kombinasi dengan mikroskop confocal laser dan spektroskopi fotoelektron sinar-X.Hasil penelitian menunjukkan rata-rata temperatur kritis pitting 2205 DSS adalah 66,9 °C.Ketika suhu lebih tinggi dari 66,9℃, potensi kerusakan lubang, interval pasivasi dan potensi korosi diri berkurang, ukuran kerapatan arus pasivasi meningkat, dan sensitivitas lubang meningkat.Dengan peningkatan suhu lebih lanjut, jari-jari busur kapasitif 2205 DSS berkurang, resistansi permukaan dan resistansi transfer muatan secara bertahap menurun, dan kepadatan pembawa donor dan akseptor di lapisan film produk dengan karakteristik n + p-bipolar juga meningkat, kandungan oksida Cr pada lapisan dalam film menurun, kandungan oksida Fe pada lapisan luar meningkat, disolusi lapisan film meningkat, stabilitas menurun, jumlah lubang dan ukuran pori meningkat.
Dalam konteks perkembangan ekonomi dan sosial yang pesat serta kemajuan sosial, permintaan akan sumber daya minyak dan gas terus meningkat, memaksa pengembangan minyak dan gas secara bertahap beralih ke wilayah barat daya dan lepas pantai dengan kondisi dan lingkungan yang lebih parah, sehingga kondisi operasi pipa downhole menjadi semakin parah..Kemunduran 1,2,3.Di bidang eksplorasi minyak dan gas, ketika peningkatan CO2 4 dan salinitas serta kandungan klorin 5, 6 dalam cairan yang dihasilkan, pipa baja karbon 7 biasa akan mengalami korosi yang serius, bahkan jika penghambat korosi dipompa ke dalam rangkaian pipa, korosi tidak dapat ditekan secara efektif, baja tidak dapat lagi memenuhi persyaratan pengoperasian jangka panjang di lingkungan CO28,9,10 yang sangat korosif.Para peneliti beralih ke baja tahan karat duplex (DSS) dengan ketahanan korosi yang lebih baik.2205 DSS, kandungan ferit dan austenit dalam baja sekitar 50%, memiliki sifat mekanik dan ketahanan korosi yang sangat baik, lapisan pasif permukaan padat, memiliki ketahanan korosi seragam yang sangat baik, harga lebih rendah dibandingkan paduan berbasis nikel 11 , 12. Jadi, 2205 DSS umumnya digunakan sebagai bejana tekan di lingkungan korosif, selubung sumur minyak di lingkungan CO2 yang korosif, pendingin air untuk sistem kondensasi di ladang minyak dan kimia lepas pantai 13, 14, 15, tetapi DSS 2205 juga dapat memiliki perforasi korosif dalam pelayanan.
Saat ini, penelitian mengenai korosi CO2- dan Cl-pitting 2205 DSS telah banyak dilakukan di dalam dan luar negeri [16,17,18].Ebrahimi19 menemukan bahwa menambahkan garam kalium dikromat ke dalam larutan NaCl dapat menghambat lubang 2205 DSS, dan meningkatkan konsentrasi kalium dikromat akan meningkatkan suhu kritis lubang 2205 DSS.Namun, potensi pitting 2205 DSS meningkat karena penambahan konsentrasi NaCl tertentu ke kalium dikromat dan menurun dengan meningkatnya konsentrasi NaCl.Han20 menunjukkan bahwa pada suhu 30 hingga 120°C, struktur film pasif DSS 2205 merupakan campuran lapisan dalam Cr2O3, lapisan luar FeO, dan kaya Cr;ketika suhu naik hingga 150 °C, film pasivasi larut., struktur bagian dalam berubah menjadi Cr2O3 dan Cr(OH)3, dan lapisan luar berubah menjadi Fe(II,III) oksida dan Fe(III) hidroksida.Peguet21 menemukan bahwa pitting stasioner baja tahan karat S2205 dalam larutan NaCl biasanya terjadi tidak di bawah temperatur pitting kritis (CPT) tetapi pada kisaran temperatur transformasi (TTI).Thiadi22 menyimpulkan bahwa dengan meningkatnya konsentrasi NaCl, ketahanan korosi DSS S2205 menurun secara signifikan, dan semakin negatif potensial yang diberikan, semakin buruk ketahanan korosi material tersebut.
Dalam artikel ini, pemindaian potensial dinamis, spektroskopi impedansi, potensial konstan, kurva Mott-Schottky, dan mikroskop elektron optik digunakan untuk mempelajari pengaruh salinitas tinggi, konsentrasi Cl- tinggi, dan suhu terhadap perilaku korosi 2205 DSS.dan spektroskopi fotoelektron, yang memberikan dasar teoritis untuk pengoperasian DSS 2205 yang aman di lingkungan minyak dan gas yang mengandung CO2.
Bahan uji dipilih dari baja yang diolah dengan larutan 2205 DSS (baja kelas 110ksi), dan komposisi kimia utamanya ditunjukkan pada Tabel 1.
Sampel elektrokimia berukuran 10 mm × 10 mm × 5 mm, dibersihkan dengan aseton untuk menghilangkan minyak dan etanol absolut, lalu dikeringkan.Bagian belakang benda uji disolder untuk menghubungkan kawat tembaga dengan panjang yang sesuai.Setelah pengelasan, gunakan multimeter (VC9801A) untuk memeriksa konduktivitas listrik benda uji yang dilas, dan kemudian tutup permukaan yang tidak berfungsi dengan epoksi.Gunakan amplas air silikon karbida 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# untuk memoles permukaan kerja pada mesin pemoles dengan bahan pemoles 0,25um hingga kekasaran permukaan Ra≤1.6um, dan terakhir bersihkan dan masukkan ke dalam termostat .
Stasiun kerja elektrokimia Priston (P4000A) dengan sistem tiga elektroda digunakan.Elektroda platina (Pt) dengan luas 1 cm2 digunakan sebagai elektroda bantu, DSS 2205 (dengan luas 1 cm2) digunakan sebagai elektroda kerja, dan elektroda referensi (Ag/AgCl) digunakan sebagai elektroda kerja. digunakan.Solusi model yang digunakan dalam pengujian disiapkan sesuai dengan (Tabel 2).Sebelum pengujian, larutan N2 dengan kemurnian tinggi (99,99%) dilewatkan selama 1 jam, dan kemudian CO2 dilewatkan selama 30 menit untuk mendeoksigenasi larutan., dan CO2 dalam larutan selalu dalam keadaan jenuh.
Pertama, tempatkan sampel dalam tangki yang berisi larutan uji, dan tempatkan dalam penangas air bersuhu konstan.Suhu pengaturan awal adalah 2°C, dan kenaikan suhu dikontrol pada laju 1°C/menit, dan kisaran suhu dikontrol.pada suhu 2-80°C.Celsius.Pengujian dimulai pada potensial konstan (-0,6142 Vs.Ag/AgCl) dan kurva pengujiannya adalah kurva It.Berdasarkan standar pengujian temperatur pitting kritis, kurva It dapat diketahui.Suhu di mana rapat arus meningkat hingga 100 μA/cm2 disebut suhu lubang kritis.Suhu kritis rata-rata untuk pitting adalah 66,9 °C.Suhu pengujian untuk kurva polarisasi dan spektrum impedansi dipilih masing-masing sebesar 30°C, 45°C, 60°C, dan 75°C, dan pengujian diulangi tiga kali pada kondisi sampel yang sama untuk mengurangi kemungkinan penyimpangan.
Sampel logam yang terkena larutan pertama-tama dipolarisasi pada potensial katoda (-1,3 V) selama 5 menit sebelum menguji kurva polarisasi potensiodinamik untuk menghilangkan lapisan oksida yang terbentuk pada permukaan kerja sampel, dan kemudian pada potensial rangkaian terbuka sebesar 1 jam sampai tegangan korosi tidak terbentuk.Kecepatan pemindaian kurva polarisasi potensial dinamis diatur ke 0,333mV/s, dan potensi interval pemindaian diatur ke -0,3~1,2V vs. OCP.Untuk menjamin keakuratan pengujian, kondisi pengujian yang sama diulangi sebanyak 3 kali.
Perangkat lunak pengujian spektrum impedansi – Versa Studio.Pengujian pertama kali dilakukan pada potensial rangkaian terbuka yang stabil, amplitudo tegangan gangguan bolak-balik diatur ke 10 mV, dan frekuensi pengukuran diatur ke 10–2–105 Hz.data spektrum setelah pengujian.
Proses pengujian kurva waktu saat ini: pilih potensi pasivasi yang berbeda sesuai dengan hasil kurva polarisasi anodik, ukur kurva It pada potensial konstan, dan sesuaikan kurva logaritma ganda untuk menghitung kemiringan kurva pemasangan untuk analisis film.mekanisme pembentukan film pasif.
Setelah tegangan rangkaian terbuka stabil, lakukan uji kurva Mott-Schottky.Rentang pemindaian potensial uji 1,0~-1,0V (vS.Ag/AgCl), kecepatan pemindaian 20mV/s, frekuensi uji diatur ke 1000Hz, sinyal eksitasi 5mV.
Gunakan spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) (ESCALAB 250Xi, UK) untuk menguji komposisi dan keadaan kimia film pasivasi permukaan setelah pembentukan film DSS 2205 dan melakukan pemrosesan data pengukuran dengan menggunakan perangkat lunak yang unggul.dibandingkan dengan database spektrum atom dan literatur terkait23 dan dikalibrasi menggunakan C1s (284,8 eV).Morfologi korosi dan kedalaman lubang pada sampel dikarakterisasi menggunakan mikroskop digital optik ultra-dalam (Zeiss Smart Zoom5, Jerman).
Sampel diuji pada potensial yang sama (-0,6142 V rel. Ag/AgCl) dengan metode potensial konstan dan kurva arus korosi dicatat seiring waktu.Menurut standar uji CPT, kerapatan arus polarisasi meningkat secara bertahap seiring dengan meningkatnya suhu.Gambar 1 menunjukkan suhu pitting kritis 2205 DSS dalam larutan simulasi yang mengandung 100 g/L Cl– dan CO2 jenuh.Terlihat bahwa pada suhu larutan yang rendah, rapat arus praktis tidak berubah seiring bertambahnya waktu pengujian.Dan ketika suhu larutan meningkat hingga nilai tertentu, rapat arus meningkat dengan cepat, yang menunjukkan bahwa laju pelarutan film pasif meningkat seiring dengan peningkatan suhu larutan.Ketika suhu larutan padat dinaikkan dari 2°C menjadi sekitar 67°C, rapat arus polarisasi 2205DSS meningkat menjadi 100µA/cm2, dan suhu lubang kritis rata-rata 2205DSS adalah 66,9°C, yaitu sekitar 16,6°C lebih tinggi dari 2205DSS.standar 3,5 berat.% NaCl (0,7 V)26.Temperatur pitting kritis bergantung pada potensial yang diterapkan pada saat pengukuran: semakin rendah potensial yang diterapkan, semakin tinggi temperatur pitting kritis yang diukur.
Meletakkan kurva suhu kritis baja tahan karat dupleks 2205 dalam larutan simulasi yang mengandung 100 g/L Cl– dan CO2 jenuh.
Pada gambar.Gambar 2 menunjukkan plot impedansi ac DSS 2205 dalam larutan simulasi yang mengandung 100 g/L Cl- dan CO2 jenuh pada berbagai suhu.Terlihat bahwa diagram Nyquist 2205DSS pada berbagai temperatur terdiri dari busur kapasitansi resistansi frekuensi tinggi, frekuensi menengah, dan frekuensi rendah, dan busur kapasitansi resistansi tidak berbentuk setengah lingkaran.Jari-jari busur kapasitif mencerminkan nilai resistansi film pasif dan nilai resistansi transfer muatan selama reaksi elektroda.Secara umum diterima bahwa semakin besar jari-jari busur kapasitif, semakin baik ketahanan korosi substrat logam dalam larutan27.Pada suhu larutan 30 °C, jari-jari busur kapasitif pada diagram Nyquist dan sudut fasa pada diagram modulus impedansi |Z|Bode adalah yang tertinggi dan korosi 2205 DSS adalah yang terendah.Dengan meningkatnya suhu larutan, |Z|modulus impedansi, radius busur dan resistansi larutan menurun, selain itu sudut fasa juga menurun dari 79 Ω menjadi 58 Ω pada daerah frekuensi menengah, menunjukkan puncak yang lebar dan lapisan dalam yang padat serta lapisan luar yang jarang (berpori) adalah yang utama fitur film pasif yang tidak homogen28.Oleh karena itu, seiring dengan meningkatnya suhu, lapisan pasif yang terbentuk pada permukaan substrat logam akan larut dan retak, sehingga melemahkan sifat pelindung substrat dan menurunkan ketahanan korosi material29.
Menggunakan perangkat lunak ZSimDeme untuk menyesuaikan data spektrum impedansi, rangkaian ekivalen yang dipasang ditunjukkan pada Gambar. 330, di mana Rs adalah resistansi solusi yang disimulasikan, Q1 adalah kapasitansi film, Rf adalah resistansi dari film pasif yang dihasilkan, Q2 adalah ganda kapasitansi lapisan, dan Rct adalah resistansi transfer muatan.Dari hasil pas pada tabel.Gambar 3 menunjukkan bahwa dengan meningkatnya suhu larutan yang disimulasikan, nilai n1 menurun dari 0,841 menjadi 0,769, yang menunjukkan peningkatan celah antara kapasitor dua lapis dan penurunan kepadatan.Resistensi perpindahan muatan Rct secara bertahap menurun dari 2,958×1014 menjadi 2,541×103 Ω cm2, yang menunjukkan penurunan bertahap pada ketahanan korosi material.Resistansi larutan Rs menurun dari 2,953 menjadi 2,469 Ω cm2, dan kapasitansi Q2 film pasif menurun dari 5,430 10-4 menjadi 1,147 10-3 Ω cm2, konduktivitas larutan meningkat, stabilitas film pasif menurun , dan larutan Cl-, SO42-, dll.) dalam medium meningkat, yang mempercepat penghancuran film pasif31.Hal ini menyebabkan penurunan resistansi film Rf (dari 4662 menjadi 849 Ω cm2) dan penurunan resistansi polarisasi Rp (Rct+Rf) yang terbentuk pada permukaan baja tahan karat dupleks.
Oleh karena itu, suhu larutan mempengaruhi ketahanan korosi DSS 2205. Pada suhu larutan yang rendah, terjadi proses reaksi antara katoda dan anoda dengan adanya Fe2+, yang berkontribusi terhadap pelarutan dan korosi yang cepat. anoda, serta pasivasi film yang terbentuk di permukaan, lebih lengkap dan lebih tinggi Kepadatannya, resistensi yang lebih besar terhadap transfer muatan antar larutan, memperlambat pembubaran matriks logam dan menunjukkan ketahanan korosi yang lebih baik.Dengan meningkatnya suhu larutan, resistensi terhadap perpindahan muatan Rct menurun, laju reaksi antar ion dalam larutan semakin cepat, dan laju difusi ion agresif semakin cepat, sehingga produk korosi awal terbentuk kembali pada permukaan larutan. substrat dari permukaan substrat logam.Film pasif yang lebih tipis melemahkan sifat pelindung substrat.
Pada gambar.Gambar 4 menunjukkan kurva polarisasi potensial dinamis DSS 2205 dalam larutan simulasi yang mengandung 100 g/L Cl– dan CO2 jenuh pada berbagai suhu.Dapat dilihat dari gambar bahwa ketika potensial berada pada kisaran -0,4 hingga 0,9 V, kurva anoda pada temperatur yang berbeda memiliki daerah pasivasi yang jelas, dan potensi korosi diri sekitar -0,7 hingga -0,5 V. Sebagai Densitas meningkatkan arus hingga 100 μA/cm233 kurva anoda biasa disebut potensial pitting (Eb atau Etra).Dengan meningkatnya suhu, interval pasivasi menurun, potensi korosi diri menurun, kerapatan arus korosi cenderung meningkat, dan kurva polarisasi bergeser ke kanan, yang menunjukkan bahwa film yang dibentuk oleh DSS 2205 dalam larutan simulasi memiliki sifat aktif. aktivitas.kandungan 100 g/l Cl– dan CO2 jenuh, meningkatkan sensitivitas terhadap korosi pitting, mudah dirusak oleh ion agresif, yang menyebabkan peningkatan korosi pada matriks logam dan penurunan ketahanan korosi.
Dapat dilihat dari Tabel 4 bahwa ketika suhu naik dari 30°C menjadi 45°C, potensi overpassivasi yang sesuai sedikit berkurang, tetapi kerapatan arus pasivasi dengan ukuran yang sesuai meningkat secara signifikan, menunjukkan bahwa perlindungan film pasivasi di bawah ini kondisi meningkat dengan meningkatnya suhu.Ketika suhu mencapai 60°C, potensi lubang menurun secara signifikan, dan tren ini menjadi lebih jelas seiring dengan kenaikan suhu.Perlu dicatat bahwa pada suhu 75°C, puncak arus transien yang signifikan muncul pada gambar, yang menunjukkan adanya korosi lubang metastabil pada permukaan sampel.
Oleh karena itu, dengan meningkatnya suhu larutan, jumlah oksigen terlarut dalam larutan menurun, nilai pH permukaan film menurun, dan stabilitas film pasif menurun.Selain itu, semakin tinggi suhu larutan, semakin tinggi aktivitas ion agresif dalam larutan dan semakin tinggi pula laju kerusakan lapisan film permukaan substrat.Oksida yang terbentuk pada lapisan film mudah rontok dan bereaksi dengan kation pada lapisan film membentuk senyawa yang larut, sehingga meningkatkan kemungkinan terjadinya pitting.Karena lapisan film yang diregenerasi relatif longgar, efek perlindungan pada substrat menjadi rendah, yang meningkatkan korosi pada substrat logam.Hasil uji potensial polarisasi dinamis sesuai dengan hasil spektroskopi impedansi.
Pada gambar.Gambar 5a menunjukkan kurva It untuk DSS 2205 dalam larutan model yang mengandung 100 g/L Cl– dan CO2 jenuh.Kerapatan arus pasivasi sebagai fungsi waktu diperoleh setelah polarisasi pada berbagai suhu selama 1 jam pada potensial -300 mV (relatif terhadap Ag/AgCl).Terlihat bahwa tren rapat arus pasivasi DSS 2205 pada potensial yang sama dan temperatur yang berbeda pada dasarnya adalah sama, dan tren tersebut berangsur-angsur menurun seiring berjalannya waktu dan cenderung mulus.Dengan meningkatnya suhu secara bertahap, kerapatan arus pasif 2205 DSS meningkat, yang konsisten dengan hasil polarisasi, yang juga menunjukkan bahwa karakteristik pelindung lapisan film pada substrat logam menurun dengan meningkatnya suhu larutan.
Kurva polarisasi potensiostatik DSS 2205 pada potensial pembentukan film yang sama dan temperatur yang berbeda.(a) Kepadatan arus versus waktu, (b) Logaritma pertumbuhan film pasif.
Selidiki hubungan antara rapat arus pasivasi dan waktu pada temperatur berbeda untuk potensi pembentukan film yang sama, seperti ditunjukkan pada (1)34:
Dimana i adalah rapat arus pasivasi pada potensial pembentukan film, A/cm2.A adalah luas elektroda kerja, cm2.K adalah kemiringan kurva yang dipasang padanya.bukan waktunya, s
Pada gambar.Gambar 5b menunjukkan kurva logI dan logt untuk DSS 2205 pada temperatur berbeda dan potensi pembentukan film yang sama.Menurut data literatur,35 ketika kemiringan garis K = -1, lapisan film yang terbentuk pada permukaan substrat lebih padat dan memiliki ketahanan korosi yang lebih baik terhadap substrat logam.Dan bila kemiringan garis lurus K = -0,5 maka lapisan film yang terbentuk di permukaan menjadi longgar, banyak terdapat lubang-lubang kecil dan mempunyai ketahanan korosi yang buruk terhadap substrat logam.Terlihat bahwa pada suhu 30°C, 45°C, 60°C, dan 75°C, struktur lapisan film berubah dari pori-pori padat menjadi pori-pori lepas sesuai dengan kemiringan linier yang dipilih.Berdasarkan Point Defect Model (PDM)36,37 terlihat bahwa potensial yang diterapkan selama pengujian tidak mempengaruhi rapat arus, hal ini menunjukkan bahwa suhu secara langsung mempengaruhi pengukuran rapat arus anoda selama pengujian, sehingga arus meningkat dengan meningkatnya suhu.larutan, dan kepadatan 2205 DSS meningkat, dan ketahanan korosi menurun.
Sifat semikonduktor lapisan film tipis yang terbentuk pada DSS mempengaruhi ketahanan terhadap korosi38, jenis semikonduktor dan kepadatan pembawa lapisan film tipis mempengaruhi cracking dan pitting pada lapisan film tipis DSS39,40 dimana kapasitansi C dan E dari lapisan film tipis potensial memenuhi hubungan MS, muatan ruang semikonduktor dihitung dengan cara berikut:
Dalam rumusnya, ε adalah permitivitas film pasif pada suhu kamar, sama dengan 1230, ε0 adalah permitivitas vakum, sama dengan 8,85 × 10–14 F/cm, E adalah muatan sekunder (1,602 × 10–19 C) ;ND adalah kerapatan donor semikonduktor tipe-n, cm–3, NA adalah kerapatan akseptor semikonduktor tipe-p, cm–3, EFB adalah potensial pita datar, V, K adalah konstanta Boltzmann, 1,38 × 10–3 .23 J/K, T – suhu, K.
Kemiringan dan perpotongan garis yang dipasang dapat dihitung dengan memasang pemisahan linier pada kurva MS yang diukur, konsentrasi yang diterapkan (ND), konsentrasi yang diterima (NA), dan potensial pita datar (Efb)42.
Pada gambar.Gambar 6 menunjukkan kurva Mott-Schottky dari lapisan permukaan film DSS 2205 yang dibentuk dalam larutan simulasi yang mengandung 100 g/l Cl- dan dijenuhkan dengan CO2 pada potensial (-300 mV) selama 1 jam.Terlihat bahwa semua lapisan film tipis yang terbentuk pada temperatur berbeda memiliki karakteristik semikonduktor bipolar tipe n+p.Semikonduktor tipe-n memiliki selektivitas anion larutan, yang dapat mencegah kation baja tahan karat berdifusi ke dalam larutan melalui film pasivasi, sedangkan semikonduktor tipe-p memiliki selektivitas kation, yang dapat mencegah anion korosif dalam larutan melewati pasivasi. keluar pada permukaan media 26 .Dapat juga dilihat bahwa terdapat transisi yang mulus antara dua kurva pemasangan, film berada dalam keadaan pita datar, dan potensial pita datar Efb dapat digunakan untuk menentukan posisi pita energi semikonduktor dan mengevaluasi elektrokimianya. stabilitas43..
Berdasarkan hasil pemasangan kurva MC yang ditunjukkan pada Tabel 5, konsentrasi keluar (ND) dan konsentrasi penerima (NA) serta potensial pita datar Efb 44 dengan besaran yang sama dihitung.Kepadatan arus pembawa yang diterapkan terutama mencirikan cacat titik pada lapisan muatan ruang dan potensi pitting dari film pasif.Semakin tinggi konsentrasi bahan pembawa yang digunakan, semakin mudah lapisan film pecah dan semakin tinggi kemungkinan terjadinya korosi pada substrat45.Selain itu, dengan peningkatan suhu larutan secara bertahap, konsentrasi pemancar ND pada lapisan film meningkat dari 5,273×1020 cm-3 menjadi 1,772×1022 cm-3, dan konsentrasi host NA meningkat dari 4,972×1021 menjadi 4,592 ×1023.cm – seperti yang ditunjukkan pada gambar.3, potensial pita datar meningkat dari 0,021 V menjadi 0,753 V, jumlah pembawa dalam larutan meningkat, reaksi antar ion dalam larutan meningkat, dan stabilitas lapisan film menurun.Semakin tinggi suhu larutan, semakin kecil nilai absolut kemiringan garis aproksimasi, semakin besar massa jenis pembawa dalam larutan, semakin tinggi laju difusi antar ion, dan semakin besar jumlah kekosongan ion pada larutan. permukaan lapisan film., sehingga mengurangi substrat logam, stabilitas dan ketahanan korosi 46,47.
Komposisi kimia film mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap stabilitas kation logam dan kinerja semikonduktor, dan perubahan suhu mempunyai pengaruh penting pada pembentukan film baja tahan karat.Pada gambar.Gambar 7 menunjukkan spektrum XPS penuh dari lapisan permukaan film DSS 2205 dalam larutan simulasi yang mengandung 100 g/L Cl– dan CO2 jenuh.Unsur utama pada film yang dibentuk oleh keping pada temperatur yang berbeda pada dasarnya sama, dan komponen utama film tersebut adalah Fe, Cr, Ni, Mo, O, N, dan C. Oleh karena itu, komponen utama lapisan film adalah Fe. , Cr, Ni, Mo, O, N dan C. Wadah dengan oksida Cr, oksida Fe dan hidroksida serta sejumlah kecil oksida Ni dan Mo.
Spektrum DSS XPS 2205 penuh diambil pada berbagai suhu.(a) 30°С, (b) 45°С, (c) 60°С, (d) 75°С.
Komposisi utama film berkaitan dengan sifat termodinamika senyawa dalam film pasif.Menurut energi ikat unsur-unsur utama pada lapisan film, diberikan pada tabel.6, terlihat bahwa puncak spektral karakteristik Cr2p3/2 terbagi menjadi logam Cr0 (573,7 ± 0,2 eV), Cr2O3 (574,5 ± 0,3 eV), dan Cr(OH)3 (575,4 ± 0,1 eV) sebagai ditunjukkan pada Gambar 8a, dimana oksida yang dibentuk oleh unsur Cr merupakan komponen utama dalam film, yang berperan penting dalam ketahanan korosi film dan kinerja elektrokimianya.Intensitas puncak relatif Cr2O3 pada lapisan film lebih tinggi dibandingkan Cr(OH)3.Namun, seiring dengan meningkatnya suhu larutan padat, puncak relatif Cr2O3 secara bertahap melemah, sedangkan puncak relatif Cr(OH)3 secara bertahap meningkat, yang menunjukkan transformasi nyata dari Cr3+ utama dalam lapisan film dari Cr2O3 menjadi Cr(OH) 3 dan suhu larutan meningkat.
Energi ikat puncak spektrum karakteristik Fe2p3/2 terutama terdiri dari empat puncak keadaan logam Fe0 (706,4 ± 0,2 eV), Fe3O4 (707,5 ± 0,2 eV), FeO (709,5 ± 0,1 eV ) dan FeOOH (713,1 eV) ± 0,3 eV), seperti ditunjukkan pada Gambar 8b, Fe terutama terdapat dalam film yang terbentuk dalam bentuk Fe2+ dan Fe3+.Fe2+ dari FeO mendominasi Fe(II) pada puncak energi ikat yang lebih rendah, sedangkan Fe3O4 dan Fe(III) senyawa FeOOH mendominasi pada puncak energi ikat yang lebih tinggi48,49.Intensitas relatif puncak Fe3+ lebih tinggi dibandingkan Fe2+, namun intensitas relatif puncak Fe3+ menurun seiring dengan meningkatnya suhu larutan, dan intensitas relatif puncak Fe2+ meningkat, menunjukkan adanya perubahan zat utama dalam lapisan film dari Fe3+ menjadi Fe2+ untuk menaikkan suhu larutan.
Puncak spektral karakteristik Mo3d5/2 terutama terdiri dari dua posisi puncak Mo3d5/2 dan Mo3d3/243.50, sedangkan Mo3d5/2 mencakup logam Mo (227.5 ± 0.3 eV), Mo4+ (228.9 ± 0.2 eV) dan Mo6+ (229.4 ± 0.3 eV ), sedangkan Mo3d3/2 juga mengandung logam Mo (230,4 ± 0,1 eV), Mo4+ (231,5 ± 0,2 eV) dan Mo6+ (232, 8 ± 0,1 eV) seperti ditunjukkan pada Gambar 8c, sehingga unsur Mo ada di atas tiga valensi keadaan lapisan film.Energi pengikatan puncak spektral karakteristik Ni2p3/2 terdiri dari Ni0 (852,4 ± 0,2 eV) dan NiO (854,1 ± 0,2 eV), masing-masing seperti ditunjukkan pada Gambar 8g.Karakteristik puncak N1s terdiri dari N (399,6 ± 0,3 eV), seperti ditunjukkan pada Gambar 8d.Karakteristik puncak O1 meliputi O2- (529,7 ± 0,2 eV), OH- (531,2 ± 0,2 eV) dan H2O (531,8 ± 0,3 eV), seperti ditunjukkan pada Gambar. Komponen utama lapisan film adalah (OH- dan O2 -) , yang terutama digunakan untuk oksidasi atau oksidasi hidrogen Cr dan Fe di lapisan film.Intensitas puncak relatif OH- meningkat secara signifikan seiring dengan peningkatan suhu dari 30°C menjadi 75°C.Oleh karena itu, dengan meningkatnya suhu, komposisi bahan utama O2- pada lapisan film berubah dari O2- menjadi OH- dan O2-.
Pada gambar.Gambar 9 menunjukkan morfologi permukaan mikroskopis sampel 2205 DSS setelah polarisasi potensial dinamis dalam larutan model yang mengandung 100 g/L Cl– dan CO2 jenuh.Terlihat bahwa pada permukaan sampel yang terpolarisasi pada temperatur yang berbeda, terdapat lubang korosi dengan derajat yang berbeda-beda, hal ini terjadi pada larutan ion agresif, dan dengan meningkatnya suhu larutan, korosi yang lebih serius terjadi pada larutan. permukaan sampel.substrat.Jumlah lubang per satuan luas dan kedalaman pusat korosi meningkat.
Kurva korosi DSS 2205 dalam larutan model yang mengandung 100 g/l Cl– dan CO2 jenuh pada temperatur berbeda (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c .
Oleh karena itu, peningkatan suhu akan meningkatkan aktivitas setiap komponen DSS, serta meningkatkan aktivitas ion agresif dalam lingkungan agresif, menyebabkan kerusakan tertentu pada permukaan sampel, yang akan meningkatkan aktivitas pitting., dan pembentukan lubang korosi akan meningkat.Laju pembentukan produk akan meningkat dan ketahanan korosi material akan menurun51,52,53,54,55.
Pada gambar.Gambar 10 menunjukkan morfologi dan kedalaman pitting sampel DSS 2205 yang dipolarisasi dengan mikroskop digital optik lapangan dengan kedalaman sangat tinggi.Dari gambar.Gambar 10a menunjukkan bahwa lubang korosi yang lebih kecil juga muncul di sekitar lubang yang besar, menunjukkan bahwa lapisan pasif pada permukaan sampel sebagian hancur dengan pembentukan lubang korosi pada kerapatan arus tertentu, dan kedalaman lubang maksimum adalah 12,9 µm.seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10b.
DSS menunjukkan ketahanan korosi yang lebih baik, alasan utamanya adalah bahwa film yang terbentuk pada permukaan baja terlindungi dengan baik dalam larutan, Mott-Schottky, menurut hasil XPS di atas dan literatur terkait 13,56,57,58, film tersebut terutama melalui proses oksidasi Fe dan Cr berikut ini.
Fe2+ mudah larut dan mengendap pada antarmuka 53 antara film dan larutan, dan proses reaksi katodiknya adalah sebagai berikut:
Dalam keadaan terkorosi, film struktural dua lapis terbentuk, yang terutama terdiri dari lapisan dalam besi dan kromium oksida dan lapisan hidroksida luar, dan ion biasanya tumbuh di pori-pori film.Komposisi kimia film pasif berkaitan dengan sifat semikonduktornya, dibuktikan dengan kurva Mott-Schottky yang menunjukkan bahwa komposisi film pasif bertipe n+p dan memiliki karakteristik bipolar.Hasil XPS menunjukkan bahwa lapisan luar film pasif terutama terdiri dari oksida Fe dan hidroksida yang menunjukkan sifat semikonduktor tipe-n, dan lapisan dalam terutama terdiri dari oksida Cr dan hidroksida yang menunjukkan sifat semikonduktor tipe-p.
2205 DSS memiliki resistivitas tinggi karena kandungan Cr17.54 yang tinggi dan menunjukkan berbagai tingkat lubang akibat korosi galvanik mikroskopis55 antara struktur dupleks.Korosi lubang adalah salah satu jenis korosi yang paling umum di DSS, dan suhu merupakan salah satu faktor penting yang mempengaruhi perilaku korosi lubang dan berdampak pada proses termodinamika dan kinetik reaksi DSS60,61.Biasanya, dalam larutan simulasi dengan konsentrasi Cl- yang tinggi dan CO2 jenuh, suhu juga mempengaruhi pembentukan lubang dan inisiasi retakan selama retak korosi tegangan di bawah retak korosi tegangan, dan suhu kritis lubang ditentukan untuk dievaluasi. ketahanan korosi.DSS.Material yang mencerminkan sensitivitas matriks logam terhadap suhu biasanya digunakan sebagai acuan penting dalam pemilihan material dalam aplikasi teknik.Rata-rata temperatur kritis pitting 2205 DSS dalam larutan simulasi adalah 66,9°C, 25,6°C lebih tinggi dibandingkan baja tahan karat Super 13Cr dengan 3,5% NaCl, namun kedalaman pitting maksimum mencapai 12,9 µm62.Hasil elektrokimia lebih lanjut menegaskan bahwa daerah horizontal sudut fasa dan frekuensi menyempit dengan meningkatnya suhu, dan ketika sudut fasa menurun dari 79° menjadi 58°, nilai |Z|berkurang dari 1,26×104 menjadi 1,58×103 Ω cm2.resistansi perpindahan muatan Rct menurun dari 2,958 1014 menjadi 2,541 103 Ω cm2, resistansi larutan Rs menurun dari 2,953 menjadi 2,469 Ω cm2, resistansi film Rf menurun dari 5,430 · 10-4 cm2 menjadi 1,147 · 10-3 cm2.Konduktivitas larutan agresif meningkat, stabilitas lapisan film matriks logam menurun, mudah larut dan retak.Kerapatan arus self-corrosion meningkat dari 1,482 menjadi 2,893×10-6 A cm-2, dan potensi self-corrosion menurun dari -0,532 menjadi -0,621V.Terlihat bahwa perubahan suhu mempengaruhi integritas dan kepadatan lapisan film.
Sebaliknya, konsentrasi Cl- yang tinggi dan larutan CO2 jenuh secara bertahap meningkatkan kapasitas adsorpsi Cl- pada permukaan film pasivasi dengan meningkatnya suhu, stabilitas film pasivasi menjadi tidak stabil, dan efek perlindungan pada film pasivasi. substrat menjadi lebih lemah dan kerentanan terhadap lubang meningkat.Dalam hal ini, aktivitas ion korosif dalam larutan meningkat, kandungan oksigen menurun, dan lapisan permukaan bahan yang terkorosi sulit dipulihkan dengan cepat, sehingga menciptakan kondisi yang lebih menguntungkan untuk adsorpsi ion korosif lebih lanjut di permukaan.Pengurangan materi63.Robinson dkk.[64] menunjukkan bahwa dengan meningkatnya suhu larutan, laju pertumbuhan lubang semakin cepat, dan laju difusi ion dalam larutan juga meningkat.Ketika suhu naik hingga 65 °C, pelarutan oksigen dalam larutan yang mengandung ion Cl- memperlambat proses reaksi katodik, dan laju pitting berkurang.Han20 menyelidiki pengaruh suhu terhadap perilaku korosi baja tahan karat dupleks 2205 dalam lingkungan CO2.Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan suhu meningkatkan jumlah produk korosi dan luas rongga penyusutan pada permukaan material.Demikian pula, ketika suhu naik hingga 150°C, lapisan oksida di permukaan akan pecah, dan kepadatan kawah menjadi paling tinggi.Lu4 menyelidiki pengaruh suhu terhadap perilaku korosi baja tahan karat dupleks 2205 mulai dari pasivasi hingga aktivasi di lingkungan panas bumi yang mengandung CO2.Hasilnya menunjukkan bahwa pada suhu pengujian di bawah 150 °C, film yang terbentuk memiliki karakteristik struktur amorf, dan antarmuka bagian dalam mengandung lapisan kaya nikel, dan pada suhu 300 °C, produk korosi yang dihasilkan memiliki struktur skala nano. .-polikristalin FeCr2O4, CrOOH dan NiFe2O4.
Pada gambar.Gambar 11 adalah diagram proses korosi dan pembentukan film pada 2205 DSS.Sebelum digunakan, 2205 DSS membentuk film pasif di atmosfer.Setelah direndam dalam lingkungan yang mensimulasikan larutan yang mengandung larutan dengan kandungan Cl- dan CO2 yang tinggi, permukaannya dengan cepat dikelilingi oleh berbagai ion agresif (Cl-, CO32-, dll.).).J. Banas 65 sampai pada kesimpulan bahwa dalam lingkungan di mana terdapat CO2 secara bersamaan, stabilitas film pasif pada permukaan material akan menurun seiring waktu, dan asam karbonat yang terbentuk cenderung meningkatkan konduktivitas ion dalam pasif. lapisan.film dan percepatan pembubaran ion dalam film pasif.film pasif.Dengan demikian, lapisan film pada permukaan sampel berada dalam tahap kesetimbangan dinamis pembubaran dan repassivasi66, Cl- mengurangi laju pembentukan lapisan film permukaan, dan lubang-lubang kecil muncul di area yang berdekatan dari permukaan film, sebagai ditunjukkan pada Gambar 3. Tunjukkan.Seperti ditunjukkan pada Gambar 11a dan b, lubang korosi kecil yang tidak stabil muncul pada saat yang bersamaan.Ketika suhu meningkat, aktivitas ion korosif dalam larutan pada lapisan film meningkat, dan kedalaman lubang kecil yang tidak stabil meningkat hingga lapisan film sepenuhnya ditembus oleh lapisan transparan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11c.Dengan peningkatan lebih lanjut suhu media pelarut, kandungan CO2 terlarut dalam larutan semakin cepat, yang menyebabkan penurunan nilai pH larutan, peningkatan kepadatan lubang korosi terkecil yang tidak stabil pada permukaan SPP. , kedalaman lubang korosi awal meluas dan semakin dalam, dan film pasif pada permukaan sampel Ketika ketebalannya berkurang, film pasif menjadi lebih rentan terhadap lubang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11d.Dan hasil elektrokimia juga menegaskan bahwa perubahan suhu mempunyai pengaruh tertentu terhadap integritas dan kepadatan film.Dengan demikian terlihat bahwa korosi pada larutan jenuh CO2 yang mengandung Cl- konsentrasi tinggi berbeda nyata dengan korosi pada larutan yang mengandung Cl-67,68 konsentrasi rendah.
Proses korosi 2205 DSS dengan pembentukan dan penghancuran film baru.(a) Proses 1, (b) Proses 2, (c) Proses 3, (d) Proses 4.
Suhu pitting kritis rata-rata 2205 DSS dalam larutan simulasi yang mengandung 100 g/l Cl– dan CO2 jenuh adalah 66,9 ℃, dan kedalaman pitting maksimum adalah 12,9 µm, yang mengurangi ketahanan korosi 2205 DSS dan meningkatkan sensitivitas terhadap pitting.kenaikan suhu.
Waktu posting: 16 Februari-2023