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Duplex 2205 스테인리스강(DSS)은 일반적인 이중 구조로 인해 내식성이 우수하지만, 점점 더 가혹해지는 CO2 함유 석유 및 가스 환경으로 인해 부식 정도가 다양해지며, 특히 공식(pitting)이 발생하여 석유 및 천연가스의 안전성과 신뢰성을 심각하게 위협합니다. 가스 응용.가스 개발.이 연구에서는 침지 테스트와 전기화학 테스트를 레이저 공초점 현미경 및 X선 광전자 분광법과 함께 사용합니다.결과는 2205 DSS 피팅의 평균 임계 온도가 66.9°C임을 보여주었습니다.온도가 66.9℃보다 높으면 공식 항복 전위, 부동태화 간격 및 자기 부식 전위가 감소하고 크기 부동태화 전류 밀도가 증가하며 공식 감도가 증가합니다.온도가 추가로 증가함에 따라 용량성 아크 2205 DSS의 반경이 감소하고 표면 저항과 전하 이동 저항이 점차 감소하며 n + p-바이폴라 특성을 갖는 제품의 필름 층에서 도너 및 억셉터 캐리어 밀도도 증가하면 피막 내층의 Cr 산화물 함량이 감소하고, 외층의 Fe 산화물 함량이 증가하며 피막층의 용해도가 증가하고 안정성이 감소하며 피트 수와 기공 크기가 증가합니다.
급속한 경제 및 사회 발전과 사회 발전의 맥락에서 석유 및 가스 자원에 대한 수요가 계속 증가하여 석유 및 가스 개발이 점점 더 열악한 조건과 환경을 가진 남서부 및 해양 지역으로 이동하게 되므로 석유 및 가스의 운영 조건은 다음과 같습니다. 다운홀 튜빙은 점점 더 심각해지고 있습니다..악화 1,2,3.석유 및 가스 탐사 분야에서 생성된 유체의 CO2 4 및 염분 및 염소 함량 5, 6이 증가하면 일반 7 탄소강 파이프는 부식 억제제를 파이프 스트링에 펌핑하더라도 심각한 부식을 겪을 수 있으며, 부식을 효과적으로 억제할 수 없습니다. 강철은 더 이상 가혹한 부식성 CO28,9,10 환경에서 장기간 작동 요구 사항을 충족할 수 없습니다.연구진은 내부식성이 더 우수한 이중 스테인리스강(DSS)으로 전환했습니다.2205 DSS는 강 중의 페라이트와 오스테나이트 함량이 약 50%로 기계적 성질과 내식성이 우수하며, 표면 부동태막이 조밀하고 균일한 내식성이 우수하며 가격이 니켈기 합금에 비해 저렴합니다. , 12. 따라서 2205 DSS는 부식성 환경의 압력 용기, 부식성 CO2 환경의 유정 케이싱, 해양 석유 및 화학 분야의 응축 시스템용 워터 쿨러로 일반적으로 사용되지만 13, 14, 15, 2205 DSS도 부식성 천공이 있을 수 있습니다. 서비스 중.
현재 국내외에서 CO2 및 Cl-공식 부식 2205 DSS에 대한 많은 연구가 수행되었습니다[16,17,18].Ebrahimi19는 NaCl 용액에 중크롬산칼륨 염을 첨가하면 2205 DSS 피팅을 억제할 수 있으며 중크롬산칼륨의 농도를 높이면 2205 DSS 피팅의 임계 온도가 증가한다는 사실을 발견했습니다.그러나 2205 DSS의 공식 전위는 중크롬산칼륨에 특정 농도의 NaCl을 첨가함으로써 증가하고 NaCl 농도가 증가함에 따라 감소합니다.Han20은 30~120°C에서 2205 DSS 부동태화막의 구조가 Cr2O3 내부층, FeO 외부층 및 풍부한 Cr의 혼합물임을 보여줍니다.온도가 150°C로 상승하면 부동태막이 용해됩니다., 내부 구조는 Cr2O3 및 Cr(OH)3로 변경되고, 외부 층은 Fe(II,III) 산화물 및 Fe(III) 수산화물로 변경됩니다.Peguet21은 NaCl 용액에서 S2205 스테인레스 강의 고정 피팅이 일반적으로 임계 피팅 온도(CPT) 미만이 아니라 변태 온도 범위(TTI)에서 발생한다는 것을 발견했습니다.Thiadi22는 NaCl 농도가 증가함에 따라 S2205 DSS의 내식성이 크게 감소하고 인가 전위가 음수일수록 재료의 내식성이 악화된다는 결론을 내렸습니다.
이 기사에서는 동적 전위 스캐닝, 임피던스 분광학, 일정 전위, Mott-Schottky 곡선 및 광학 전자 현미경을 사용하여 2205 DSS의 부식 거동에 대한 높은 염도, 높은 Cl- 농도 및 온도의 영향을 연구했습니다.CO2가 포함된 석유 및 가스 환경에서 2205 DSS의 안전한 작동을 위한 이론적 기초를 제공하는 광전자 분광학.
시험재료는 용체화처리강 2205 DSS(강등급 110ksi) 중에서 선정하였으며, 주요 화학성분은 표 1과 같다.
전기화학 시료의 크기는 10 mm × 10 mm × 5 mm이며, 아세톤으로 세척하여 오일과 무수 에탄올을 제거한 후 건조하였다.시험편 뒷면을 납땜하여 적절한 길이의 구리선을 연결합니다.용접 후 멀티미터(VC9801A)를 사용하여 용접된 시험편의 전기 전도도를 확인한 후 비작업 표면을 에폭시로 밀봉합니다.400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# 실리콘 카바이드 물 사포를 사용하여 표면 거칠기 Ra≤1.6um이 될 때까지 0.25um 연마제로 연마기의 작업 표면을 연마한 다음 마지막으로 청소하고 온도 조절 장치에 넣습니다. .
3전극 시스템을 갖춘 Priston(P4000A) 전기화학 워크스테이션이 사용되었습니다.1cm2 면적의 백금전극(Pt)을 보조전극으로, DSS 2205(1cm2 면적)를 작업전극으로 사용하였고, 기준전극(Ag/AgCl)을 사용하였다. 사용된.시험에 사용된 모델액은 (표 2)에 따라 제조하였다.시험 전, 고순도 N2 용액(99.99%)을 1시간 동안 통과시킨 후, CO2를 30분간 통과시켜 용액을 탈산소시켰다., 용액의 CO2는 항상 포화 상태였습니다.
먼저, 검액이 담긴 탱크에 검체를 넣고 항온수조에 담는다.초기설정온도는 2°C이고, 온도상승은 1°C/min의 속도로 조절하며, 온도범위를 조절한다.2-80°C에서.섭씨.테스트는 일정한 전위(-0.6142 Vs.Ag/AgCl)에서 시작하며 테스트 곡선은 It 곡선입니다.임계 피팅 온도 테스트 표준에 따르면 It 곡선을 알 수 있습니다.전류 밀도가 100μA/cm2까지 상승하는 온도를 임계 피팅 온도라고 합니다.공식의 평균 임계 온도는 66.9°C입니다.분극 곡선과 임피던스 스펙트럼의 테스트 온도는 각각 30°C, 45°C, 60°C, 75°C로 선택되었으며, 가능한 편차를 줄이기 위해 동일한 샘플 조건에서 테스트를 3회 반복했습니다.
용액에 노출된 금속 시료를 먼저 음극 전위(-1.3V)에서 5분 동안 분극시킨 후 시료의 작업 표면에 형성된 산화막을 제거하기 위한 전위차 분극 곡선을 테스트한 다음, 개방 회로 전위에서 부식 전압이 설정되지 않을 때까지 1시간.동적 전위 분극 곡선의 스캔 속도는 0.333mV/s로 설정되었으며, 스캔 간격 전위는 OCP 대비 -0.3~1.2V로 설정되었습니다.테스트의 정확성을 보장하기 위해 동일한 테스트 조건을 3번 반복했습니다.
임피던스 스펙트럼 테스트 소프트웨어 – Versa Studio.시험은 먼저 안정된 개방 전위에서 수행되었으며, 교류 방해 전압의 진폭은 10mV, 측정 주파수는 10-2-105Hz로 설정되었습니다.테스트 후 스펙트럼 데이터.
현재 시간 곡선 테스트 프로세스: 양극 분극 곡선의 결과에 따라 다양한 부동태화 전위를 선택하고, 일정한 전위에서 It 곡선을 측정하고, 이중 로그 곡선을 맞춰 필름 분석을 위한 적합 곡선의 기울기를 계산합니다.패시베이션 필름의 형성 메커니즘.
개방 회로 전압이 안정화된 후 Mott-Schottky 곡선 테스트를 수행합니다.테스트 전위 스캔 범위 1.0~-1.0V(vS.Ag/AgCl), 스캔 속도 20mV/s, 테스트 주파수는 1000Hz로 설정, 여기 신호 5mV.
X선 광전자 분광법(XPS)(ESCALAB 250Xi, 영국)을 사용하여 2205 DSS 필름 형성 후 표면 패시베이션 필름의 구성 및 화학적 상태를 스퍼터 테스트하고 우수한 소프트웨어를 사용하여 측정 데이터 피크 맞춤 처리를 수행합니다.원자 스펙트럼 및 관련 문헌23 데이터베이스와 비교하고 C1(284.8eV)을 사용하여 보정했습니다.샘플의 부식 형태와 피트 깊이는 초심부 광학 디지털 현미경(Zeiss Smart Zoom5, Germany)을 사용하여 특성화되었습니다.
시료는 정전위법으로 동일전위(-0.6142 V rel. Ag/AgCl)에서 시험하였고, 시간에 따른 부식전류 곡선을 기록하였다.CPT 테스트 표준에 따르면 분극 전류 밀도는 온도가 증가함에 따라 점차 증가합니다.그림 1은 100g/L Cl- 및 포화 CO2를 함유한 시뮬레이션 용액에서 2205 DSS의 임계 피팅 온도를 보여줍니다.용액의 낮은 온도에서는 테스트 시간이 늘어남에 따라 전류 밀도가 실질적으로 변하지 않는다는 것을 알 수 있습니다.그리고 용액의 온도가 일정 수준 이상 증가하면 전류밀도가 급격하게 증가하는데, 이는 용액의 온도가 증가함에 따라 부동태화막의 용해속도가 증가함을 의미한다.고용체의 온도를 2°C에서 약 67°C로 올리면 2205DSS의 분극전류밀도는 100μA/cm2로 증가하고, 2205DSS의 평균 임계 공식 온도는 66.9°C로 약 16.6°C이다. 2205DSS보다 높습니다.표준 3.5 중량.% NaCl(0.7V)26.임계 피팅 온도는 측정 시 적용 전위에 따라 달라집니다. 적용 전위가 낮을수록 측정된 임계 공식 온도는 높아집니다.
100g/L Cl- 및 포화 CO2를 함유한 시뮬레이션 용액에서 2205 듀플렉스 스테인리스강의 피팅 임계 온도 곡선.
그림에.그림 2는 다양한 온도에서 100g/L Cl- 및 포화 CO2를 함유한 시뮬레이션 솔루션에서 2205 DSS의 AC 임피던스 플롯을 보여줍니다.다양한 온도에서 2205DSS의 나이퀴스트 다이어그램은 고주파, 중주파 및 저주파 저항-커패시턴스 아크로 구성되며 저항-커패시턴스 아크는 반원형이 아님을 알 수 있습니다.용량성 아크의 반경은 부동태화막의 저항값과 전극 반응 중 전하 이동 저항값을 반영합니다.용량성 아크의 반경이 클수록 용액 내 금속 기판의 내식성이 향상된다는 것이 일반적으로 인정됩니다.30°C의 용액 온도에서 나이퀴스트 다이어그램의 용량성 아크 반경과 임피던스 계수 |Z| 다이어그램의 위상각Bode가 가장 높고 2205 DSS 부식이 가장 낮습니다.용액 온도가 증가함에 따라 |Z|임피던스 계수, 아크 반경 및 용액 저항이 감소하고, 중간 주파수 영역에서 위상각도 79Ω에서 58Ω으로 감소하여 넓은 피크와 조밀한 내부 층 및 희박한(다공성) 외부 층이 주요합니다. 불균일 수동막의 특징28.따라서 온도가 상승함에 따라 금속 기재 표면에 형성된 보호막이 용해되어 균열이 생기고 이는 기재의 보호 특성을 약화시키고 재료의 내식성을 저하시킨다29.
임피던스 스펙트럼 데이터를 맞추기 위해 ZSimDeme 소프트웨어를 사용하여 맞는 등가 회로가 그림 330에 표시됩니다. 여기서 Rs는 시뮬레이션된 용액 저항이고, Q1은 필름 커패시턴스, Rf는 생성된 부동태화 필름의 저항, Q2는 이중 층 커패시턴스, Rct는 전하 이동 저항입니다.테이블에 피팅한 결과입니다.도 3은 모의 용액의 온도가 증가함에 따라 n1의 값이 0.841에서 0.769로 감소하는 것을 보여주며, 이는 2층 커패시터 사이의 간격이 증가하고 밀도가 감소함을 의미한다.전하 이동 저항 Rct는 2.958×1014에서 2.541×103Ωcm2으로 점차 감소하여 재료의 내식성이 점진적으로 감소함을 나타냅니다.용액 Rs의 저항은 2.953에서 2.469 Ω cm2로 감소했고, 부동태화막의 커패시턴스 Q2는 5.430 10-4에서 1.147 10-3 Ω cm2로 감소했으며, 용액의 전도도는 증가했고, 부동태화 막의 안정성은 감소했습니다. , 용액 Cl-, SO42- 등)이 매체에서 증가하여 부동태화 막의 파괴가 가속화됩니다.이는 피막 저항 Rf(4662에서 849 Ω cm2)의 감소와 듀플렉스 스테인레스 스틸 표면에 형성된 분극 저항 Rp(Rct+Rf)의 감소로 이어집니다.
따라서 용액의 온도는 DSS 2205의 내식성에 영향을 미칩니다. 용액의 낮은 온도에서는 Fe2+ 존재 하에서 음극과 양극 사이에 반응 과정이 일어나서 급속한 용해 및 부식에 기여합니다. 양극은 표면에 형성된 필름의 패시베이션뿐만 아니라 더 완전하고 더 높은 밀도, 용액 간의 더 큰 저항 전하 이동, 금속 매트릭스의 용해 속도를 늦추고 더 나은 내식성을 나타냅니다.용액의 온도가 증가함에 따라 전하 이동에 대한 저항 Rct가 감소하고 용액 내 이온 간의 반응 속도가 가속화되며 공격적인 이온의 확산 속도가 가속화되어 초기 부식 생성물이 표면에 다시 형성됩니다. 금속 기판의 표면에서 기판.더 얇은 패시베이션 필름은 기판의 보호 특성을 약화시킵니다.
그림에.그림 4는 다양한 온도에서 100g/L Cl- 및 포화 CO2를 함유한 시뮬레이션 용액에서 2205 DSS의 동적 전위 분극 곡선을 보여줍니다.그림에서 볼 수 있듯이 전위가 -0.4 ~ 0.9V 범위에 있을 때 서로 다른 온도의 양극 곡선에는 뚜렷한 부동태화 영역이 있으며 자체 부식 전위는 약 -0.7 ~ -0.5V입니다. 밀도는 전류를 최대 100μA/cm233까지 증가시킵니다. 양극 곡선은 일반적으로 피팅 전위(Eb 또는 Etra)라고 합니다.온도가 상승함에 따라 부동태화 간격이 감소하고 자기 부식 전위가 감소하며 부식 전류 밀도가 증가하는 경향이 있으며 분극 곡선이 오른쪽으로 이동합니다. 이는 시뮬레이션 솔루션에서 DSS 2205에 의해 형성된 막이 활성 상태임을 나타냅니다. 활동.100g/l의 Cl- 및 포화 CO2 함량은 공식 부식에 대한 민감도를 증가시키고 공격적인 이온에 의해 쉽게 손상되어 금속 매트릭스의 부식이 증가하고 내식성이 감소합니다.
표 4에서 볼 수 있듯이 온도가 30°C에서 45°C로 상승하면 해당 과부동태화 전위가 약간 감소하지만 해당 크기의 부동태화 전류 밀도가 크게 증가하여 이러한 조건에서 부동태화막이 보호됨을 나타냅니다. 온도가 증가함에 따라 조건도 증가합니다.온도가 60°C에 도달하면 해당 피팅 전위가 크게 감소하고 온도가 상승함에 따라 이러한 경향은 더욱 분명해집니다.75°C에서는 그림에 상당한 과도 전류 피크가 나타나며 이는 샘플 표면에 준안정 피팅 부식이 있음을 나타냅니다.
따라서 용액의 온도가 증가함에 따라 용액에 용해된 산소의 양이 감소하고 필름 표면의 pH 값이 감소하며 부동태화 필름의 안정성이 감소합니다.또한 용액의 온도가 높을수록 용액 내 공격적인 이온의 활성이 높아지고 기판 표면 필름층의 손상 속도가 높아집니다.필름층에 형성된 산화물은 쉽게 떨어져 나가고 필름층의 양이온과 반응하여 수용성 화합물을 형성하여 피팅 가능성을 높입니다.재생된 필름층은 상대적으로 느슨하기 때문에 기판에 대한 보호 효과가 낮아 금속 기판의 부식이 증가합니다.동적 분극 전위 테스트의 결과는 임피던스 분광학의 결과와 일치합니다.
그림에.그림 5a는 100g/L Cl- 및 포화 CO2를 함유한 모델 용액에서 2205 DSS에 대한 It 곡선을 보여줍니다.시간 함수에 따른 부동태화 전류 밀도는 -300 mV(Ag/AgCl 기준) 전위에서 1시간 동안 다양한 온도에서 분극한 후에 얻어졌습니다.동일한 전위, 다른 온도에서 2205 DSS의 부동태화 전류 밀도 추세는 기본적으로 동일하며 추세는 시간이 지남에 따라 점차 감소하고 완만해지는 경향이 있음을 알 수 있습니다.온도가 점차 증가함에 따라 2205 DSS의 부동태화 전류 밀도가 증가했는데 이는 분극 결과와 일치하며, 이는 용액 온도가 증가함에 따라 금속 기판 위의 필름 층의 보호 특성이 감소함을 나타냅니다.
동일한 필름 형성 전위와 다른 온도에서 2205 DSS의 정전위 분극 곡선.(a) 전류 밀도 대 시간, (b) 수동 필름 성장 로그.
(1)34에 표시된 것처럼 동일한 필름 형성 전위에 대해 서로 다른 온도에서 부동태화 전류 밀도와 시간 사이의 관계를 조사합니다.
여기서 i는 막 형성 전위에서의 부동태화 전류 밀도(A/cm2)입니다.A는 작업 전극의 면적, cm2입니다.K는 이에 맞춰진 곡선의 기울기입니다.시간, 초
그림에.도 5b는 동일한 필름 형성 전위에서 서로 다른 온도에서 2205 DSS에 대한 logI 및 logt 곡선을 보여줍니다.문헌 데이터에 따르면, 선의 기울기 K = -1일 때 기판 표면에 형성된 필름층은 더 조밀하고 금속 기판에 대한 내식성이 더 우수합니다.그리고 직선의 기울기 K = -0.5일 때 표면에 형성된 피막층은 느슨하고 작은 구멍이 많이 포함되어 있으며 금속 기재에 대한 내식성이 좋지 않습니다.30°C, 45°C, 60°C, 75°C에서는 선택된 선형 기울기에 따라 필름층의 구조가 조밀한 기공에서 느슨한 기공으로 변화하는 것을 알 수 있습니다.Point Defect Model(PDM)36,37에 따르면 테스트 중 인가된 전위는 전류 밀도에 영향을 미치지 않음을 알 수 있으며, 이는 온도가 테스트 중 양극 전류 밀도 측정에 직접적인 영향을 미치므로 전류는 온도가 증가함에 따라 증가합니다.2205 DSS의 밀도가 증가하고 내식성이 감소합니다.
DSS 위에 형성된 박막층의 반도체 특성은 내식성에 영향을 미치고38, 반도체 유형과 박막층의 캐리어 밀도는 박막층 DSS39,40의 균열 및 공식에 영향을 미칩니다. 여기서 정전용량 C 및 E는 잠재적인 박막층이 MS 관계를 만족하면 반도체의 공간 전하는 다음과 같이 계산됩니다.
공식에서 ε은 실온에서 부동태화막의 유전율(1230)이고, ε0은 진공 유전율(8.85 × 10–14 F/cm), E는 2차 전하(1.602 × 10–19 C)입니다. ;ND는 n형 반도체 도너의 밀도, cm–3, NA는 p형 반도체의 억셉터 밀도, cm–3, EFB는 플랫 밴드 전위, V, K는 볼츠만 상수, 1.38 × 10–3 .23 J/K, T – 온도, K.
적합선의 기울기와 절편은 측정된 MS 곡선, 적용 농도(ND), 허용 농도(NA) 및 플랫 밴드 전위(Efb)42에 선형 분리를 피팅하여 계산할 수 있습니다.
그림에.도 6은 100g/l Cl-를 함유하고 전위(-300mV)에서 1시간 동안 CO2로 포화된 모의 용액에서 형성된 2205 DSS 필름의 표면층의 모트-쇼트키 곡선을 보여준다.서로 다른 온도에서 형성된 모든 박막층은 n+p형 양극성 반도체의 특성을 갖고 있음을 알 수 있다.n형 반도체는 용액 음이온 선택성을 갖고 있어 스테인리스강 양이온이 부동태화막을 통해 용액 내로 확산되는 것을 방지할 수 있고, p형 반도체는 양이온 선택성을 갖고 있어 용액 내 부식성 음이온이 부동태화 교차를 방지할 수 있다. 기판(26)의 표면 상에 존재한다.또한 두 피팅 곡선 사이에 부드러운 전이가 있고 필름이 플랫 밴드 상태에 있으며 플랫 밴드 전위 Efb를 사용하여 반도체의 에너지 밴드 위치를 결정하고 전기화학을 평가할 수 있음을 알 수 있습니다. 안정성43..
표 5에 나타낸 MC 곡선 피팅 결과에 따라, 동일한 크기의 나가는 농도(ND)와 받는 농도(NA) 및 플랫 밴드 전위 Efb 44 가 계산되었습니다.적용된 캐리어 전류의 밀도는 주로 공간 전하층의 점 결함과 패시베이션 필름의 피팅 전위를 특징으로 합니다.적용된 캐리어의 농도가 높을수록 필름 층이 쉽게 파손되고 기판 부식 가능성이 높아집니다45.또한, 용액의 온도가 점진적으로 증가함에 따라 필름층의 ND 이미터 농도는 5.273×1020 cm-3에서 1.772×1022 cm-3으로 증가하였고, NA 호스트 농도는 4.972×1021에서 4.592 cm-3으로 증가하였다. ×1023.cm – 그림과 같습니다.도 3을 참조하면, 플랫 밴드 전위가 0.021V에서 0.753V로 증가하고, 용액 내 캐리어의 수가 증가하며, 용액 내 이온 간의 반응이 심화되어 필름층의 안정성이 감소한다.용액의 온도가 증가함에 따라 근사선의 기울기의 절대값이 작을수록 용액 내 캐리어의 밀도가 커지고 이온 사이의 확산 속도가 빨라지며 이온 공극의 수가 많아집니다. 필름층 표면., 이로써 금속 기판, 안정성 및 내식성을 감소시킵니다.46,47.
피막의 화학적 조성은 금속 양이온의 안정성과 반도체의 성능에 큰 영향을 미치며, 온도 변화는 스테인레스 스틸 피막 형성에 중요한 영향을 미칩니다.그림에.그림 7은 100g/L Cl- 및 포화 CO2를 함유한 시뮬레이션 용액에서 2205 DSS 필름 표면층의 전체 XPS 스펙트럼을 보여줍니다.서로 다른 온도에서 칩으로 형성된 필름의 주요 성분은 기본적으로 동일하며, 필름의 주요 구성 요소는 Fe, Cr, Ni, Mo, O, N 및 C입니다. 따라서 필름 층의 주요 구성 요소는 Fe입니다. , Cr, Ni, Mo, O, N 및 C. Cr 산화물, Fe 산화물 및 수산화물과 소량의 Ni 및 Mo 산화물이 포함된 용기.
다양한 온도에서 촬영한 전체 XPS 2205 DSS 스펙트럼.(a) 30°С, (b) 45°С, (c) 60°С, (d) 75°С.
필름의 주요 구성은 부동태화 필름에 있는 화합물의 열역학적 특성과 관련이 있습니다.표에 주어진 필름 층의 주요 요소의 결합 에너지에 따라.도 6을 참조하면, Cr2p3/2의 특징적인 스펙트럼 피크가 금속 Cr0(573.7±0.2eV), Cr2O3(574.5±0.3eV), Cr(OH)3(575.4±0.1eV)로 나누어지는 것을 알 수 있다. 그림 8a에 도시된 바와 같이, Cr 원소에 의해 형성된 산화물은 피막의 주요 성분이며, 이는 피막의 내식성과 전기화학적 성능에 중요한 역할을 합니다.필름층에서 Cr2O3의 상대 피크 강도는 Cr(OH)3의 피크 강도보다 높습니다.그러나 고용체 온도가 증가함에 따라 Cr2O3의 상대 피크는 점차 약해지고 Cr(OH)3의 상대 피크는 점차 증가하는데, 이는 필름층의 주 Cr3+가 Cr2O3에서 Cr(OH)로 명백히 변태함을 나타냅니다. 3, 용액의 온도가 증가한다.
Fe2p3/2의 특성 스펙트럼 피크의 결합 에너지는 주로 금속 상태 Fe0(706.4 ± 0.2 eV), Fe3O4(707.5 ± 0.2 eV), FeO(709.5 ± 0.1 eV) 및 FeOOH(713.1)의 4개 피크로 구성됩니다. eV) ± 0.3 eV), 도 8b에 도시된 바와 같이, Fe는 주로 Fe2+ 및 Fe3+의 형태로 형성된 막에 존재한다.FeO의 Fe2+는 낮은 결합 에너지 피크에서 Fe(II)를 지배하는 반면, Fe3O4 및 Fe(III) FeOOH 화합물은 더 높은 결합 에너지 피크에서 지배적입니다48,49.Fe3+ 피크의 상대강도는 Fe2+보다 높으나 용액온도가 증가함에 따라 Fe3+ 피크의 상대강도는 감소하고, Fe2+ 피크의 상대강도는 증가하여 필름층의 주물질이 용액의 온도를 높이기 위해 Fe3+를 Fe2+로 변경합니다.
Mo3d5/2의 특징적인 스펙트럼 피크는 주로 두 개의 피크 위치 Mo3d5/2 및 Mo3d3/243.50으로 구성되는 반면, Mo3d5/2는 금속 Mo(227.5 ± 0.3 eV), Mo4+(228.9 ± 0.2 eV) 및 Mo6+(229.4 ± 0.3 eV)를 포함합니다. ), Mo3d3/2에는 그림 8c에 표시된 것처럼 금속 Mo(230.4 ± 0.1 eV), Mo4+(231.5 ± 0.2 eV) 및 Mo6+(232, 8 ± 0.1 eV)도 포함되어 있으므로 Mo 원소는 3가 이상의 원자가에 존재합니다. 필름층의 상태.Ni2p3/2의 특징적인 스펙트럼 피크의 결합 에너지는 각각 그림 8g에 표시된 것처럼 Ni0(852.4 ± 0.2 eV)와 NiO(854.1 ± 0.2 eV)로 구성됩니다.특성 N1s 피크는 그림 8d와 같이 N(399.6 ± 0.3eV)으로 구성됩니다.특징적인 O1s 피크에는 그림과 같이 O2-(529.7±0.2eV), OH-(531.2±0.2eV) 및 H2O(531.8±0.3eV)가 포함됩니다. 필름 층의 주요 구성 요소는 (OH- 및 O2-)입니다. , 주로 필름층의 Cr 및 Fe의 산화 또는 수소산화에 사용됩니다.OH-의 상대 피크 강도는 온도가 30°C에서 75°C로 증가함에 따라 크게 증가했습니다.따라서 온도가 증가함에 따라 필름층의 O2-의 주재료 조성은 O2-에서 OH- 및 O2-로 변화됩니다.
그림에.그림 9는 100g/L Cl- 및 포화 CO2를 함유한 모델 용액에서 동적 전위 분극 후 샘플 2205 DSS의 미세한 표면 형태를 보여줍니다.서로 다른 온도에서 분극화된 샘플의 표면에는 다양한 정도의 부식 구멍이 있으며 이는 공격적인 이온 용액에서 발생하며 용액의 온도가 증가함에 따라 더 심각한 부식이 발생하는 것을 볼 수 있습니다. 샘플의 표면.기판.단위 면적당 공식 구멍의 수와 부식 중심의 깊이가 증가합니다.
다양한 온도에서 (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c에서 100g/l Cl- 및 포화 CO2를 함유한 모델 용액에서 2205 DSS의 부식 곡선.
따라서 온도가 증가하면 DSS의 각 구성 요소의 활동이 증가할 뿐만 아니라 공격적인 환경에서 공격적인 이온의 활동이 증가하여 샘플 표면에 어느 정도 손상을 입히고 피팅 활동이 증가하게 됩니다., 부식 피트의 형성이 증가합니다.제품 형성 속도는 증가하고 재료의 내식성은 감소합니다51,52,53,54,55.
그림에.도 10은 초고심도 광학 디지털 현미경으로 편광된 2205 DSS 샘플의 형태 및 공식 깊이를 보여줍니다.그림에서.10a는 큰 구멍 주변에도 작은 부식 구멍이 나타나는 것을 보여주며, 이는 주어진 전류 밀도에서 부식 구멍이 형성되면서 시료 표면의 부동태 피막이 부분적으로 파괴되었으며 최대 구멍 깊이는 12.9μm임을 나타냅니다.그림 10b와 같이.
DSS는 내식성이 더 우수하며, 그 주된 이유는 위의 XPS 결과 및 관련 문헌 13,56,57,58에 따르면 강철 표면에 형성된 피막이 Mott-Schottky 용액에서 잘 보호된다는 것입니다. Fe와 Cr이 산화되는 과정입니다.
Fe2+는 필름과 용액 사이의 계면(53)에서 쉽게 용해되어 침전되는데, 음극 반응 과정은 다음과 같다.
부식된 상태에서는 주로 철과 크롬 산화물의 내부 층과 외부 수산화물 층으로 구성된 2층 구조 피막이 형성되며, 일반적으로 피막의 기공에서 이온이 성장합니다.부동태화막의 화학적 조성은 모트-쇼트키(Mott-Schottky) 곡선에서 알 수 있듯이 반도체 특성과 관련이 있으며, 이는 부동태화막의 조성이 n+p형이고 양극성 특성을 가짐을 나타냅니다.XPS 결과는 보호막의 외부층이 n형 반도체 특성을 나타내는 Fe 산화물과 수산화물로 주로 구성되어 있고, 내부층이 p형 반도체 특성을 나타내는 Cr 산화물과 수산화물로 주로 구성되어 있음을 보여줍니다.
2205 DSS는 높은 Cr17.54 함량으로 인해 높은 저항률을 가지며 이중 구조 사이의 미세한 갈바닉 부식55으로 인해 다양한 피팅 정도를 나타냅니다.공식 부식은 DSS에서 가장 일반적인 부식 유형 중 하나이며, 온도는 공식 부식의 거동에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나이며 DSS 반응의 열역학적 및 운동학적 과정에 영향을 미칩니다60,61.일반적으로 Cl- 농도가 높고 CO2가 포화된 모의용액에서는 응력부식균열 하에서 응력부식균열 시 온도도 공식의 형성과 균열의 발생에 영향을 미치며 공식의 임계온도를 결정하여 평가한다. 내식성.DSS.온도에 대한 금속 매트릭스의 민감도를 반영하는 이 재료는 일반적으로 엔지니어링 응용 분야에서 재료 선택 시 중요한 참고 자료로 사용됩니다.시뮬레이션된 솔루션에서 2205 DSS의 평균 임계 피팅 온도는 66.9°C로 3.5% NaCl을 함유한 Super 13Cr 스테인리스강보다 25.6°C 더 높지만 최대 피팅 깊이는 12.9μm62에 도달했습니다.전기화학적 결과를 통해 온도가 증가함에 따라 위상각과 주파수의 수평 영역이 좁아지고, 위상각이 79°에서 58°로 감소함에 따라 |Z|1.26×104에서 1.58×103Ωcm2로 감소합니다.전하 전달 저항 Rct는 2.958·1014에서 2.541·103Ωcm2로 감소했고, 용액 저항 Rs는 2.953·2.469Ω·cm2로 감소했으며, 필름 저항 Rf는 5.430·10-4cm2에서 1.147·10-3cm2로 감소했습니다.공격적인 용액의 전도성이 증가하고 금속 매트릭스 필름층의 안정성이 감소하며 쉽게 용해되고 균열이 발생합니다.자기부식 전류밀도는 1.482에서 2.893×10-6A cm-2로 증가하였고, 자기부식 전위는 -0.532에서 -0.621V로 감소하였다.온도 변화가 필름 층의 무결성과 밀도에 영향을 미치는 것을 볼 수 있습니다.
반대로 고농도의 Cl-와 CO2 포화용액은 온도가 증가함에 따라 부동태화 피막 표면의 Cl- 흡착능력이 점차 증가하여 부동태화막의 안정성이 불안정해지고 보호효과가 저하된다. 기질이 약해지고 공식에 대한 민감성이 증가합니다.이 경우 용액 내 부식성 이온의 활성이 증가하고 산소 함량이 감소하며 부식된 물질의 표면 막이 빠르게 회복되기 어려워 표면에 부식성 이온이 추가로 흡착되기에 더 유리한 조건이 생성됩니다.물질감소63.Robinsonet al.[64]는 용액의 온도가 증가함에 따라 피트의 성장 속도가 가속화되고 용액 내 이온 확산 속도도 증가한다는 것을 보여주었습니다.온도가 65°C로 상승하면 Cl- 이온을 포함하는 용액에서 산소가 용해되어 음극 반응 과정이 느려지고 피팅 속도가 감소합니다.Han20은 CO2 환경에서 2205 듀플렉스 스테인리스강의 부식 거동에 대한 온도의 영향을 조사했습니다.결과는 온도가 증가하면 부식 생성물의 양과 재료 표면의 수축 공동 면적이 증가한다는 것을 보여주었습니다.마찬가지로 온도가 150°C까지 올라가면 표면의 산화막이 부서지고 크레이터의 밀도가 가장 높아집니다.Lu4는 CO2를 함유한 지열 환경에서 부동태화부터 활성화까지 2205 이중 스테인리스 강의 부식 거동에 대한 온도의 영향을 조사했습니다.그들의 결과는 150°C 미만의 테스트 온도에서 형성된 필름이 특징적인 비정질 구조를 가지며 내부 인터페이스에는 니켈이 풍부한 층이 포함되어 있으며 300°C의 온도에서 생성된 부식 생성물은 나노 규모 구조를 갖는다는 것을 보여줍니다. .- 다결정 FeCr2O4, CrOOH 및 NiFe2O4.
그림에.도 11은 2205 DSS의 부식 및 피막 형성 과정을 나타낸 도면이다.사용하기 전에 2205 DSS는 대기 중에 부동화막을 형성합니다.Cl- 및 CO2 함량이 높은 용액을 포함하는 용액을 시뮬레이션하는 환경에 담그면 표면이 다양한 공격적인 이온(Cl-, CO32- 등)으로 빠르게 둘러싸입니다.).J. Banas 65는 CO2가 동시에 존재하는 환경에서 재료 표면의 부동태화 필름의 안정성이 시간이 지남에 따라 감소하고 형성된 탄산이 부동태화에서 이온 전도도를 증가시키는 경향이 있다는 결론에 도달했습니다. 층.부동태화막 내 이온 용해 촉진 및 필름.패시베이션 필름.따라서 샘플 표면의 필름 층은 용해 및 재부동태화의 동적 평형 단계에 있으며66, Cl-는 표면 필름 층의 형성 속도를 감소시키고 필름 표면의 인접한 영역에 작은 구멍이 나타납니다. 그림 3에 나와 있습니다. 표시합니다.그림 11a와 b에서 볼 수 있듯이 작은 불안정한 부식 구멍이 동시에 나타납니다.그림 11c에 표시된 것처럼 온도가 상승함에 따라 필름 층의 용액 내 부식성 이온의 활성이 증가하고 필름 층이 투명 층에 의해 완전히 침투될 때까지 작은 불안정한 구멍의 깊이가 증가합니다.용해 매체의 온도가 추가로 증가하면 용액에 용해된 CO2의 함량이 가속화되어 용액의 pH 값이 감소하고 SPP 표면의 가장 작은 불안정한 부식 구멍의 밀도가 증가합니다. , 초기 부식 피트의 깊이는 확장되고 깊어지며, 샘플 표면의 부동태화 필름의 두께가 감소함에 따라 그림 11d와 같이 부동태화 필름은 공식이 발생하기 더 쉬워집니다.그리고 전기화학적 결과는 온도 변화가 필름의 무결성과 밀도에 일정한 영향을 미친다는 것을 추가로 확인했습니다.따라서 고농도의 Cl-를 함유한 CO2로 포화된 용액의 부식은 저농도의 Cl-67,68을 함유한 용액의 부식과 크게 다르다는 것을 알 수 있습니다.
새로운 필름이 형성되고 파괴되는 부식 과정 2205 DSS.(a) 프로세스 1, (b) 프로세스 2, (c) 프로세스 3, (d) 프로세스 4.
100g/l Cl- 및 포화 CO2를 포함하는 모의 용액에서 2205 DSS의 평균 임계 피팅 온도는 66.9℃이고 최대 피팅 깊이는 12.9μm로, 이는 2205 DSS의 내식성을 감소시키고 피팅에 대한 민감도를 증가시킵니다.온도 상승.
게시 시간: 2023년 2월 16일