พฤติกรรมเคมีไฟฟ้าของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ 2205 ในสารละลายจำลองที่มีคาร์บอนไดออกไซด์สูงและคาร์บอนไดออกไซด์อิ่มตัวที่อุณหภูมิต่างกัน

ขอขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.comคุณกำลังใช้เวอร์ชันเบราว์เซอร์ที่มีการรองรับ CSS แบบจำกัดเพื่อประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดต (หรือปิดใช้งานโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer)นอกจากนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจะแสดงไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
แสดงภาพหมุนสามสไลด์พร้อมกันใช้ปุ่มก่อนหน้าและถัดไปเพื่อเลื่อนผ่านสามสไลด์ในแต่ละครั้ง หรือใช้ปุ่มแถบเลื่อนที่ส่วนท้ายเพื่อเลื่อนผ่านสามสไลด์ในแต่ละครั้ง
เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ 2205 (DSS) มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเนื่องจากมีโครงสร้างดูเพล็กซ์ทั่วไป แต่สภาพแวดล้อมน้ำมันและก๊าซที่ประกอบด้วย CO2 ที่รุนแรงมากขึ้นส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนในระดับที่แตกต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งรูพรุน ซึ่งคุกคามความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของน้ำมันและธรรมชาติอย่างจริงจัง การใช้งานแก๊สการพัฒนาก๊าซในงานนี้ จะใช้การทดสอบการแช่และการทดสอบเคมีไฟฟ้าร่วมกับกล้องจุลทรรศน์เลเซอร์คอนโฟคอลและเอ็กซ์เรย์โฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปีผลการทดลองพบว่าอุณหภูมิวิกฤติโดยเฉลี่ยสำหรับการเจาะบ่อ 2205 DSS คือ 66.9 °Cเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 66.9 ℃ ศักยภาพในการสลายตัวของรูพรุน ช่วงเวลาการสร้างฟิล์ม และศักยภาพในการกัดกร่อนในตัวเองจะลดลง ความหนาแน่นกระแสกระแสของการสร้างฟิล์มจะเพิ่มขึ้น และความไวของการเกิดรูพรุนจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นอีก รัศมีของส่วนโค้ง capacitive 2205 DSS จะลดลง ความต้านทานพื้นผิวและความต้านทานการถ่ายโอนประจุจะค่อยๆ ลดลง และความหนาแน่นของตัวพาผู้บริจาคและตัวรับในชั้นฟิล์มของผลิตภัณฑ์ที่มีลักษณะ n + p-bipolar ก็เช่นกัน เพิ่มขึ้น เนื้อหาของ Cr ออกไซด์ในชั้นในของฟิล์มลดลง เพิ่มเนื้อหาของ Fe ออกไซด์ในชั้นนอก การสลายตัวของชั้นฟิล์มเพิ่มขึ้น ความเสถียรลดลง จำนวนหลุมและขนาดรูพรุนเพิ่มขึ้น
ในบริบทของการพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมอย่างรวดเร็วและความก้าวหน้าทางสังคม ความต้องการทรัพยากรน้ำมันและก๊าซยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้การพัฒนาน้ำมันและก๊าซต้องค่อยๆ ย้ายไปยังพื้นที่ทางตะวันตกเฉียงใต้และนอกชายฝั่งที่มีสภาพและสภาพแวดล้อมที่รุนแรงมากขึ้น ดังนั้นสภาพการดำเนินงานของ ท่อ downhole รุนแรงมากขึ้นเรื่อยๆ.การเสื่อมสภาพ 1,2,3.ในด้านการสำรวจน้ำมันและก๊าซ เมื่อการเพิ่มขึ้นของ CO2 4 และความเค็มและคลอรีน 5, 6 ในของเหลวที่ผลิต ท่อเหล็กคาร์บอน 7 ธรรมดาอาจมีการกัดกร่อนอย่างรุนแรง แม้ว่าสารยับยั้งการกัดกร่อนจะถูกสูบเข้าไปในสายท่อก็ตาม ไม่สามารถระงับการกัดกร่อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ เหล็กไม่สามารถตอบสนองความต้องการของการทำงานระยะยาวในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน CO28,9,10 ที่รุนแรงได้อีกต่อไปนักวิจัยหันมาใช้เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ (DSS) ซึ่งมีความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่า2205 DSS ปริมาณเฟอร์ไรต์และออสเทนไนต์ในเหล็กประมาณ 50% มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยมและทนต่อการกัดกร่อน ฟิล์มฟิล์มทู่ที่พื้นผิวมีความหนาแน่น มีความต้านทานการกัดกร่อนสม่ำเสมอดีเยี่ยม ราคาต่ำกว่าโลหะผสมนิกเกิล 11 , 12. ดังนั้น 2205 DSS จึงมักใช้เป็นภาชนะรับความดันในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน, ท่อบ่อน้ำมันในสภาพแวดล้อม CO2 ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน, เครื่องทำความเย็นน้ำสำหรับระบบควบแน่นในน้ำมันนอกชายฝั่งและแหล่งเคมี 13, 14, 15, แต่ 2205 DSS ก็มีการเจาะทะลุที่มีฤทธิ์กัดกร่อนได้เช่นกัน อยู่ในการให้บริการ.
ปัจจุบัน มีการศึกษาเกี่ยวกับการกัดกร่อนของ CO2- และ Cl-pitting 2205 DSS จำนวนมากในประเทศและต่างประเทศ [16,17,18]Ebrahimi19 พบว่าการเติมเกลือโพแทสเซียม ไดโครเมตลงในสารละลาย NaCl สามารถยับยั้งการเกิดรูพรุน 2205 DSS ได้ และการเพิ่มความเข้มข้นของโพแทสเซียม ไดโครเมต จะทำให้อุณหภูมิวิกฤตของการเกิดหลุม DSS 2205 เพิ่มขึ้นอย่างไรก็ตาม ศักยภาพในการเกิดหลุมของ 2205 DSS เพิ่มขึ้นเนื่องจากการเติมความเข้มข้นของ NaCl ลงในโพแทสเซียมไดโครเมต และลดลงเมื่อความเข้มข้นของ NaCl เพิ่มขึ้นHan20 แสดงให้เห็นว่าที่อุณหภูมิ 30 ถึง 120°C โครงสร้างของฟิล์มทู่ DSS 2205 เป็นส่วนผสมของ Cr2O3 ชั้นใน ชั้นนอก FeO และ Cr เข้มข้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึง 150 °C ฟิล์มทู่จะละลายโครงสร้างภายในเปลี่ยนเป็น Cr2O3 และ Cr(OH)3 และชั้นนอกเปลี่ยนเป็น Fe(II,III) ออกไซด์และ Fe(III) ไฮดรอกไซด์Peguet21 พบว่าการเจาะแบบรูคงที่ของเหล็กกล้าไร้สนิม S2205 ในสารละลาย NaCl มักจะเกิดขึ้นไม่ต่ำกว่าอุณหภูมิการเจาะวิกฤต (CPT) แต่อยู่ในช่วงอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลง (TTI)Thiadi22 สรุปว่าเมื่อความเข้มข้นของ NaCl เพิ่มขึ้น ความต้านทานการกัดกร่อนของ S2205 DSS จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และยิ่งศักยภาพในการใช้เป็นลบมากเท่าใด ความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุก็จะยิ่งแย่ลงเท่านั้น
ในบทความนี้ การสแกนศักย์ไฟฟ้าแบบไดนามิก สเปกโทรสโกปีอิมพีแดนซ์ ค่าศักย์คงที่ เส้นโค้งมอตต์-ชอตต์กี และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบออปติคอล ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาผลกระทบของความเค็มสูง ความเข้มข้นของ Cl– สูง และอุณหภูมิต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนของ 2205 DSSและโฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี ซึ่งเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการทำงานที่ปลอดภัยของ 2205 DSS ในสภาพแวดล้อมน้ำมันและก๊าซที่มี CO2
วัสดุทดสอบเลือกจากเหล็กที่ผ่านการบำบัดด้วยสารละลาย 2205 DSS (เกรดเหล็ก 110ksi) และองค์ประกอบทางเคมีหลักแสดงอยู่ในตารางที่ 1
ขนาดของตัวอย่างเคมีไฟฟ้าคือ 10 มม. × 10 มม. × 5 มม. ทำความสะอาดด้วยอะซิโตนเพื่อกำจัดน้ำมันและเอทานอลสัมบูรณ์แล้วทำให้แห้งด้านหลังของชิ้นทดสอบถูกบัดกรีเพื่อเชื่อมต่อลวดทองแดงที่มีความยาวเหมาะสมหลังการเชื่อม ให้ใช้มัลติมิเตอร์ (VC9801A) เพื่อตรวจสอบค่าการนำไฟฟ้าของชิ้นทดสอบที่เชื่อม จากนั้นปิดผนึกพื้นผิวที่ไม่ทำงานด้วยอีพอกซีใช้กระดาษทรายน้ำซิลิกอนคาร์ไบด์ 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# เพื่อขัดพื้นผิวการทำงานบนเครื่องขัดด้วยสารขัด 0.25um จนกระทั่งความขรุขระของพื้นผิวRa≤1.6um และสุดท้ายก็ทำความสะอาดและใส่เทอร์โมสตัท .
มีการใช้เวิร์กสเตชันเคมีไฟฟ้า Priston (P4000A) ที่มีระบบสามอิเล็กโทรดอิเล็กโทรดแพลทินัม (Pt) มีพื้นที่ 1 cm2 ทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรดเสริม DSS 2205 (ที่มีพื้นที่ 1 cm2) ถูกใช้เป็นอิเล็กโทรดทำงาน และอิเล็กโทรดอ้างอิง (Ag/AgCl) ใช้แล้ว.สารละลายแบบจำลองที่ใช้ในการทดสอบจัดทำขึ้นตาม (ตารางที่ 2)ก่อนการทดสอบ สารละลาย N2 ที่มีความบริสุทธิ์สูง (99.99%) ผ่านไปเป็นเวลา 1 ชั่วโมง จากนั้นจึงปล่อย CO2 เป็นเวลา 30 นาทีเพื่อกำจัดออกซิเจนของสารละลายและ CO2 ในสารละลายจะอยู่ในสถานะอิ่มตัวเสมอ
ขั้นแรก วางตัวอย่างลงในถังที่บรรจุสารละลายทดสอบ และวางไว้ในอ่างน้ำที่มีอุณหภูมิคงที่อุณหภูมิการตั้งค่าเริ่มต้นคือ 2°C และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะถูกควบคุมที่อัตรา 1°C/นาที และช่วงอุณหภูมิจะถูกควบคุมที่อุณหภูมิ 2-80°Cเซลเซียส.การทดสอบเริ่มต้นที่ศักย์คงที่ (-0.6142 Vs.Ag/AgCl) และเส้นโค้งการทดสอบคือเส้นโค้ง Itตามมาตรฐานการทดสอบอุณหภูมิแบบ pitting วิกฤต สามารถทราบเส้นโค้ง It ได้อุณหภูมิที่ความหนาแน่นกระแสเพิ่มขึ้นถึง 100 μA/cm2 เรียกว่าอุณหภูมิ pitting วิกฤตอุณหภูมิวิกฤติโดยเฉลี่ยสำหรับการเจาะหลุมคือ 66.9 °Cอุณหภูมิทดสอบสำหรับกราฟโพลาไรเซชันและสเปกตรัมอิมพีแดนซ์ถูกเลือกเป็น 30°C, 45°C, 60°C และ 75°C ตามลำดับ และทำการทดสอบซ้ำสามครั้งภายใต้เงื่อนไขตัวอย่างเดียวกันเพื่อลดความเบี่ยงเบนที่อาจเกิดขึ้น
ตัวอย่างโลหะที่สัมผัสกับสารละลายจะถูกโพลาไรซ์ครั้งแรกที่ศักย์แคโทด (-1.3 V) เป็นเวลา 5 นาที ก่อนที่จะทดสอบเส้นโค้งโพเทนชิโอไดนามิกโพลาไรเซชันเพื่อกำจัดฟิล์มออกไซด์ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวการทำงานของตัวอย่าง และจากนั้นที่ศักย์ไฟฟ้าวงจรเปิดที่ เป็นเวลา 1 ชั่วโมง จนกระทั่งแรงดันไฟฟ้าการกัดกร่อนไม่เกิดขึ้นอัตราการสแกนของกราฟโพลาไรเซชันแบบไดนามิกตั้งไว้ที่ 0.333mV/s และช่วงการสแกนตั้งไว้ที่ -0.3~1.2V เทียบกับ OCPเพื่อให้มั่นใจในความถูกต้องของการทดสอบ จึงมีเงื่อนไขการทดสอบเดียวกันซ้ำ 3 ครั้ง
ซอฟต์แวร์ทดสอบสเปกตรัมอิมพีแดนซ์ – Versa Studioการทดสอบครั้งแรกดำเนินการที่ศักย์ไฟฟ้าของวงจรเปิดคงที่ แอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้ารบกวนกระแสสลับตั้งไว้ที่ 10 มิลลิโวลต์ และความถี่การวัดตั้งไว้ที่ 10–2–105 เฮิรตซ์ข้อมูลสเปกตรัมหลังการทดสอบ
กระบวนการทดสอบเส้นโค้งเวลาปัจจุบัน: เลือกศักย์ไฟฟ้าในการสร้างฟิล์มที่แตกต่างกันตามผลลัพธ์ของเส้นโค้งโพลาไรเซชันขั้วบวก วัดเส้นโค้ง It ที่ศักย์คงที่ และปรับให้พอดีกับเส้นโค้งลอการิทึมคู่เพื่อคำนวณความชันของเส้นโค้งที่ติดตั้งไว้สำหรับการวิเคราะห์ฟิล์มกลไกการเกิดฟิล์มทู่
หลังจากที่แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดคงที่แล้ว ให้ทำการทดสอบเส้นโค้ง Mott-Schottkyทดสอบช่วงการสแกนที่เป็นไปได้ 1.0~-1.0V (vS.Ag/AgCl) อัตราการสแกน 20mV/s ตั้งค่าความถี่ทดสอบเป็น 1000Hz สัญญาณกระตุ้น 5mV
ใช้เอ็กซเรย์โฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี (XPS) (ESCALAB 250Xi, UK) เพื่อทดสอบองค์ประกอบและสถานะทางเคมีของฟิล์มฟิล์มทู่ที่พื้นผิวหลังจากการเกิดฟิล์ม DSS 2205 และดำเนินการประมวลผลข้อมูลการวัดพอดีสูงสุดโดยใช้ซอฟต์แวร์ที่เหนือกว่าเปรียบเทียบกับฐานข้อมูลอะตอมสเปกตรัมและวรรณกรรมที่เกี่ยวข้อง และปรับเทียบโดยใช้ C1s (284.8 eV)สัณฐานวิทยาของการกัดกร่อนและความลึกของหลุมบนตัวอย่างถูกกำหนดลักษณะโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ดิจิตอลแบบออปติคอลที่มีความลึกพิเศษ (Zeiss Smart Zoom5, เยอรมนี)
ตัวอย่างได้รับการทดสอบที่ศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน (-0.6142 V rel. Ag/AgCl) โดยวิธีศักย์คงที่ และกราฟกระแสการกัดกร่อนจะถูกบันทึกตามเวลาตามมาตรฐานการทดสอบ CPT ความหนาแน่นกระแสโพลาไรเซชันจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น1 แสดงอุณหภูมิการเจาะวิกฤตที่ 2205 DSS ในสารละลายจำลองที่มี Cl– 100 กรัม/ลิตร และ CO2 อิ่มตัวจะเห็นได้ว่าที่อุณหภูมิต่ำของสารละลาย ความหนาแน่นกระแสแทบไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลาการทดสอบที่เพิ่มขึ้นและเมื่ออุณหภูมิของสารละลายเพิ่มขึ้นถึงค่าหนึ่ง ความหนาแน่นกระแสจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งบ่งชี้ว่าอัตราการละลายของฟิล์มฟิล์มกรองแสงเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิของสารละลายที่เพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิของสารละลายของแข็งเพิ่มขึ้นจาก 2°C เป็นประมาณ 67°C ความหนาแน่นกระแสโพลาไรเซชันของ 2205DSS จะเพิ่มขึ้นเป็น 100µA/cm2 และอุณหภูมิการเจาะวิกฤตโดยเฉลี่ยของ 2205DSS คือ 66.9°C ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 16.6°C สูงกว่า 2205DSSมาตรฐาน 3.5 วัตต์% โซเดียมคลอไรด์ (0.7 V)26.อุณหภูมิของการเจาะวิกฤติจะขึ้นอยู่กับศักย์ไฟฟ้าที่ใช้ในขณะที่ทำการวัด ยิ่งศักยภาพของการเจาะวิกฤตที่ใช้ต่ำ อุณหภูมิของการเจาะวิกฤตที่วัดได้ก็จะยิ่งสูงขึ้น
กราฟอุณหภูมิวิกฤตแบบเจาะทะลุของสเตนเลสดูเพล็กซ์ 2205 ในสารละลายจำลองที่มี Cl– 100 กรัม/ลิตร และ CO2 อิ่มตัว
บนรูป2 แสดงแผนภาพความต้านทานไฟฟ้ากระแสสลับของ DSS 2205 ในสารละลายจำลองที่มี Cl-100 กรัม/ลิตร และ CO2 อิ่มตัวที่อุณหภูมิต่างๆจะเห็นได้ว่าแผนภาพ Nyquist ของ 2205DSS ที่อุณหภูมิต่างๆ ประกอบด้วยส่วนโค้งของความต้านทาน-ความถี่สูง ความถี่กลาง และความถี่ต่ำ และส่วนโค้งของความต้านทาน-ความจุไม่เป็นครึ่งวงกลมรัศมีของส่วนโค้งของคาปาซิทีฟสะท้อนถึงค่าความต้านทานของฟิล์มทู่และค่าความต้านทานการถ่ายโอนประจุระหว่างปฏิกิริยาอิเล็กโทรดเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่ายิ่งรัศมีของส่วนโค้งของตัวเก็บประจุมีขนาดใหญ่เท่าใด ความต้านทานการกัดกร่อนของพื้นผิวโลหะในสารละลายก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้นที่อุณหภูมิสารละลาย 30 °C รัศมีของส่วนโค้งคาปาซิทีฟบนแผนภาพ Nyquist และมุมเฟสบนแผนภาพของโมดูลัสอิมพีแดนซ์ |Z|ลางบอกเหตุสูงสุดและการกัดกร่อน DSS 2205 ต่ำที่สุดเมื่ออุณหภูมิของสารละลายเพิ่มขึ้น |Z|โมดูลัสอิมพีแดนซ์ รัศมีส่วนโค้ง และความต้านทานของสารละลายลดลง นอกจากนี้ มุมเฟสยังลดลงจาก 79 Ω เป็น 58 Ω ในภูมิภาคความถี่กลาง โดยแสดงจุดสูงสุดที่กว้างและชั้นในที่หนาแน่น และชั้นนอกที่กระจัดกระจาย (มีรูพรุน) เป็นหลัก คุณสมบัติของฟิล์มพาสซีฟที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน28ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ฟิล์มสร้างฟิล์มที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของพื้นผิวโลหะจะละลายและแตกร้าว ซึ่งทำให้คุณสมบัติการป้องกันของพื้นผิวอ่อนตัวลง และทำให้ความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุลดลง29
การใช้ซอฟต์แวร์ ZSimDeme เพื่อให้พอดีกับข้อมูลสเปกตรัมอิมพีแดนซ์ วงจรสมมูลที่ติดตั้งไว้จะแสดงในรูปที่ 330 โดยที่ Rs คือความต้านทานของสารละลายจำลอง, Q1 คือความจุของฟิล์ม, Rf คือความต้านทานของฟิล์มฟิล์มที่สร้างขึ้น, Q2 คือสองเท่า ความจุของชั้น และ Rct คือความต้านทานการถ่ายโอนประจุจากผลการฟิตติ้งตารางในรูป 3 แสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิของสารละลายจำลองเพิ่มขึ้น ค่าของ n1 จะลดลงจาก 0.841 เป็น 0.769 ซึ่งบ่งชี้ว่าช่องว่างระหว่างตัวเก็บประจุสองชั้นเพิ่มขึ้นและความหนาแน่นลดลงความต้านทานการถ่ายโอนประจุ Rct ค่อยๆ ลดลงจาก 2.958 × 1,014 เป็น 2.541 × 103 Ω cm2 ซึ่งบ่งชี้ว่าความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปความต้านทานของสารละลาย Rs ลดลงจาก 2.953 เป็น 2.469 Ω cm2 และความจุ Q2 ของฟิล์มทู่ลดลงจาก 5.430 10-4 เป็น 1.147 10-3 Ω cm2 ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายเพิ่มขึ้น ความเสถียรของฟิล์มทู่ลดลง และสารละลาย Cl-, SO42- ฯลฯ) ในตัวกลางจะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะช่วยเร่งการทำลายฟิล์มที่ทำให้เกิดปฏิกิริยา31สิ่งนี้ส่งผลให้ความต้านทานของฟิล์ม Rf ลดลง (จาก 4662 เป็น 849 Ω cm2) และความต้านทานโพลาไรเซชัน Rp (Rct+Rf) ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ลดลง
ดังนั้นอุณหภูมิของสารละลายจึงส่งผลต่อความต้านทานการกัดกร่อนของ DSS 2205 ที่อุณหภูมิต่ำของสารละลายกระบวนการเกิดปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นระหว่างแคโทดและแอโนดเมื่อมี Fe2 + ซึ่งมีส่วนช่วยในการละลายและการกัดกร่อนของสารอย่างรวดเร็ว แอโนด เช่นเดียวกับฟิล์มที่ก่อตัวบนพื้นผิว ความหนาแน่นที่สมบูรณ์และสูงขึ้น การถ่ายโอนประจุระหว่างสารละลายที่มีความต้านทานมากขึ้น ทำให้การละลายของเมทริกซ์โลหะช้าลง และแสดงความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีขึ้นเมื่ออุณหภูมิของสารละลายเพิ่มขึ้น ความต้านทานต่อการถ่ายโอนประจุ Rct จะลดลง อัตราการเกิดปฏิกิริยาระหว่างไอออนในสารละลายจะเร่งขึ้น และอัตราการแพร่กระจายของไอออนที่มีฤทธิ์รุนแรงจะเร่งขึ้น เพื่อให้ผลิตภัณฑ์ที่มีการกัดกร่อนเริ่มต้นเกิดขึ้นอีกครั้งบนพื้นผิวของ พื้นผิวจากพื้นผิวของพื้นผิวโลหะฟิล์มทึบแสงที่บางลงจะทำให้คุณสมบัติการป้องกันของพื้นผิวอ่อนลง
บนรูปรูปที่ 4 แสดงเส้นโค้งโพลาไรเซชันแบบไดนามิกของ 2205 DSS ในสารละลายจำลองที่มี Cl– 100 กรัม/ลิตร และ CO2 อิ่มตัวที่อุณหภูมิต่างๆจะเห็นได้จากรูปที่เมื่อศักย์ไฟฟ้าอยู่ในช่วง -0.4 ถึง 0.9 V เส้นโค้งแอโนดที่อุณหภูมิต่างกันจะมีบริเวณทู่ที่ชัดเจน และศักยภาพในการกัดกร่อนตัวเองจะอยู่ที่ประมาณ -0.7 ถึง -0.5 V เนื่องจาก ความหนาแน่นจะเพิ่มกระแสสูงถึง 100 μA/cm233 เส้นโค้งแอโนดมักเรียกว่าศักย์ไฟฟ้าแบบหลุม (Eb หรือ Etra)เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ช่วงการสร้างฟิล์มลดลง ศักยภาพในการกัดกร่อนในตัวเองลดลง ความหนาแน่นกระแสการกัดกร่อนมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้น และเส้นโค้งโพลาไรเซชันเลื่อนลงไปทางขวา ซึ่งบ่งชี้ว่าฟิล์มที่เกิดจาก DSS 2205 ในสารละลายจำลองมีการใช้งานอยู่ กิจกรรม.ปริมาณ Cl– 100 กรัม/ลิตร และ CO2 อิ่มตัว เพิ่มความไวต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุน ได้รับความเสียหายได้ง่ายจากไอออนที่มีฤทธิ์รุนแรง ซึ่งนำไปสู่การกัดกร่อนที่เพิ่มขึ้นของเมทริกซ์โลหะ และความต้านทานการกัดกร่อนลดลง
จะเห็นได้จากตารางที่ 4 ว่าเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นจาก 30°C ถึง 45°C ศักยภาพของฟิล์มกรองแสงที่สอดคล้องกันจะลดลงเล็กน้อย แต่ความหนาแน่นของกระแสฟิล์มฟิล์มในขนาดที่สอดคล้องกันจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ บ่งชี้ว่าการป้องกันของฟิล์มฟิล์มกรองแสงภายใต้สิ่งเหล่านี้ สภาวะจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงถึง 60°C ศักยภาพในการเกิดรูพรุนที่สอดคล้องกันจะลดลงอย่างมาก และแนวโน้มนี้จะเห็นได้ชัดเจนมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นควรสังเกตว่าที่อุณหภูมิ 75°C จุดสูงสุดชั่วคราวที่มีนัยสำคัญจะปรากฏในภาพ ซึ่งบ่งชี้ว่ามีการกัดกร่อนแบบรูพรุนที่แพร่กระจายได้บนพื้นผิวตัวอย่าง
ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิของสารละลายเพิ่มขึ้น ปริมาณออกซิเจนที่ละลายในสารละลายจะลดลง ค่า pH ของพื้นผิวฟิล์มจะลดลง และความเสถียรของฟิล์มฟิล์มกรองแสงลดลงนอกจากนี้ ยิ่งอุณหภูมิของสารละลายสูงขึ้น กิจกรรมของไอออนที่มีฤทธิ์รุนแรงในสารละลายก็จะยิ่งสูงขึ้น และอัตราความเสียหายต่อชั้นฟิล์มพื้นผิวของซับสเตรตก็จะยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วยออกไซด์ที่เกิดขึ้นในชั้นฟิล์มหลุดออกได้ง่ายและทำปฏิกิริยากับแคตไอออนในชั้นฟิล์มเพื่อสร้างสารประกอบที่ละลายน้ำได้ เพิ่มโอกาสในการเกิดรูพรุนเนื่องจากชั้นฟิล์มที่สร้างใหม่ค่อนข้างหลวม ผลการป้องกันบนพื้นผิวจึงต่ำ ซึ่งเพิ่มการกัดกร่อนของพื้นผิวโลหะผลลัพธ์ของการทดสอบศักยภาพโพลาไรเซชันแบบไดนามิกนั้นสอดคล้องกับผลลัพธ์ของสเปกโทรสโกปีอิมพีแดนซ์
บนรูปรูปที่ 5a แสดงเส้นโค้งสำหรับ 2205 DSS ในโซลูชันแบบจำลองที่มี Cl– 100 กรัม/ลิตร และ CO2 อิ่มตัวความหนาแน่นกระแสทู่ตามฟังก์ชันของเวลาได้รับหลังจากการโพลาไรเซชันที่อุณหภูมิต่างๆ เป็นเวลา 1 ชั่วโมงที่ศักย์ไฟฟ้า -300 มิลลิโวลต์ (สัมพันธ์กับ Ag/AgCl)จะเห็นได้ว่าแนวโน้มความหนาแน่นกระแสทู่ของ 2205 DSS ที่มีศักยภาพเท่ากันและอุณหภูมิต่างกันโดยพื้นฐานจะเท่ากัน และแนวโน้มจะค่อยๆ ลดลงตามเวลาและมีแนวโน้มที่จะราบรื่นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นทีละน้อย ความหนาแน่นกระแสฟิล์มทู่ของ 2205 DSS จะเพิ่มขึ้น ซึ่งสอดคล้องกับผลลัพธ์ของโพลาไรเซชัน ซึ่งบ่งชี้ด้วยว่าลักษณะการป้องกันของชั้นฟิล์มบนพื้นผิวโลหะลดลงเมื่ออุณหภูมิของสารละลายเพิ่มขึ้น
กราฟโพเทนชิโอสแตติกโพลาไรเซชันของ 2205 DSS ที่มีศักยภาพในการเกิดฟิล์มเดียวกันและอุณหภูมิต่างกัน(a) ความหนาแน่นกระแสเทียบกับเวลา (b) ลอการิทึมการเติบโตของฟิล์มแบบพาสซีฟ
ตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างความหนาแน่นกระแสฟิล์มและเวลาที่อุณหภูมิต่างกันสำหรับศักยภาพในการเกิดฟิล์มเดียวกัน ดังแสดงใน (1)34:
โดยที่ i คือความหนาแน่นกระแสฟิล์มทู่ที่ศักยภาพในการเกิดฟิล์ม, A/cm2A คือพื้นที่ของอิเล็กโทรดทำงาน cm2K คือความชันของเส้นโค้งที่พอดีถึงเวลาส
บนรูป5b แสดงเส้นโค้ง logI และ logt สำหรับ 2205 DSS ที่อุณหภูมิต่างกันที่ศักยภาพในการเกิดฟิล์มเท่ากันตามข้อมูลวรรณกรรม 35 เมื่อเส้นลาด K = -1 ชั้นฟิล์มที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของสารตั้งต้นจะมีความหนาแน่นมากขึ้นและมีความต้านทานการกัดกร่อนต่อสารตั้งต้นโลหะได้ดีกว่าและเมื่อความชันของเส้นตรง K = -0.5 ชั้นฟิล์มที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวจะหลวม มีรูเล็กๆ จำนวนมาก และมีความต้านทานการกัดกร่อนต่อพื้นผิวโลหะได้ไม่ดีจะเห็นได้ว่าที่อุณหภูมิ 30°C, 45°C, 60°C และ 75°C โครงสร้างของชั้นฟิล์มจะเปลี่ยนจากรูพรุนหนาแน่นเป็นรูพรุนหลวมตามความชันเชิงเส้นที่เลือกตามแบบจำลองจุดบกพร่อง (PDM) 36,37 จะเห็นได้ว่าศักย์ไฟฟ้าที่ใช้ในระหว่างการทดสอบไม่ส่งผลกระทบต่อความหนาแน่นกระแส ซึ่งบ่งชี้ว่าอุณหภูมิส่งผลโดยตรงต่อการวัดความหนาแน่นกระแสแอโนดในระหว่างการทดสอบ ดังนั้นกระแสไฟฟ้า เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นสารละลายและความหนาแน่นของ 2205 DSS เพิ่มขึ้น และความต้านทานการกัดกร่อนลดลง
คุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์ของชั้นฟิล์มบางที่เกิดขึ้นบน DSS ส่งผลต่อความต้านทานการกัดกร่อน38 ประเภทของเซมิคอนดักเตอร์และความหนาแน่นของพาหะของชั้นฟิล์มบางส่งผลต่อการแตกร้าวและการแตกเป็นรูของชั้นฟิล์มบาง DSS39,40 โดยที่ความจุ C และ E ของ ชั้นฟิล์มบางที่มีศักยภาพเป็นไปตามความสัมพันธ์ MS ค่าพื้นที่ของเซมิคอนดักเตอร์คำนวณดังนี้:
ในสูตร ε คือการอนุญาติของฟิล์มสร้างฟิล์มที่อุณหภูมิห้อง เท่ากับ 1230, ε0 คือค่าอนุญาตของสุญญากาศ เท่ากับ 8.85 × 10–14 F/cm, E คือประจุรอง (1.602 × 10–19 C) ;ND คือความหนาแน่นของผู้บริจาคเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n, cm–3, NA คือความหนาแน่นของตัวรับของเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p, cm–3, EFB คือศักย์แบนด์แบนด์, V, K คือค่าคงที่ของ Boltzmann, 1.38 × 10–3 .23 J/K, T – อุณหภูมิ, K
ความชันและจุดตัดของเส้นพอดีสามารถคำนวณได้โดยการปรับการแยกเชิงเส้นให้เข้ากับเส้นโค้ง MS ที่วัดได้ ความเข้มข้นที่ใช้ (ND) ความเข้มข้นที่ยอมรับ (NA) และศักย์ของแถบแบน (Efb)42
บนรูป6 แสดงเส้นโค้ง Mott-Schottky ของชั้นพื้นผิวของฟิล์ม 2205 DSS ที่เกิดขึ้นในสารละลายจำลองที่มี Cl- 100 กรัม/ลิตร และอิ่มตัวด้วย CO2 ที่ศักย์ไฟฟ้า (-300 มิลลิโวลต์) เป็นเวลา 1 ชั่วโมงจะเห็นได้ว่าชั้นฟิล์มบางทั้งหมดที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่างกันมีคุณลักษณะของเซมิคอนดักเตอร์แบบไบโพลาร์ชนิด n+pเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n มีการเลือกไอออนของสารละลาย ซึ่งสามารถป้องกันไม่ให้แคตไอออนของสเตนเลสสตีลแพร่กระจายเข้าไปในสารละลายผ่านฟิล์มฟิล์ม ในขณะที่เซมิคอนดักเตอร์ชนิด p มีการเลือกไอออนของไอออนบวก ซึ่งสามารถป้องกันไอออนที่มีฤทธิ์กัดกร่อนในสารละลายจากการข้ามฟิล์ม ออกไปบนพื้นผิวของวัสดุพิมพ์ 26 .นอกจากนี้ จะเห็นได้ว่ามีการเปลี่ยนแปลงที่ราบรื่นระหว่างเส้นโค้งที่เหมาะสมทั้งสอง เส้น ฟิล์มอยู่ในสถานะแถบแบน และศักย์ไฟฟ้าของแถบแบน Efb สามารถใช้เพื่อกำหนดตำแหน่งของแถบพลังงานของเซมิคอนดักเตอร์และประเมินเคมีไฟฟ้าของสารนั้น ความมั่นคง43..
ตามผลลัพธ์การปรับเส้นโค้ง MC ที่แสดงในตารางที่ 5 ความเข้มข้นขาออก (ND) และความเข้มข้นที่ได้รับ (NA) และศักยภาพของแถบแบน Efb 44 ที่มีลำดับความสำคัญเท่ากันถูกคำนวณความหนาแน่นของกระแสพาหะที่ใช้นั้นส่วนใหญ่จะระบุถึงข้อบกพร่องของจุดในชั้นประจุอวกาศและศักยภาพในการเป็นรูพรุนของฟิล์มฟิล์มกรองแสงยิ่งความเข้มข้นของพาหะที่ใช้สูงเท่าไร ชั้นฟิล์มก็จะแตกได้ง่ายขึ้นเท่านั้น และโอกาสที่จะเกิดการกัดกร่อนของซับสเตรตก็จะยิ่งสูงขึ้น45นอกจากนี้ เมื่ออุณหภูมิของสารละลายเพิ่มขึ้นทีละน้อย ความเข้มข้นของตัวปล่อย ND ในชั้นฟิล์มเพิ่มขึ้นจาก 5.273×1020 cm-3 เป็น 1.772×1022 cm-3 และความเข้มข้นของโฮสต์ NA เพิ่มขึ้นจาก 4.972×1021 เป็น 4.592 ×1023.ซม. – ดังแสดงในรูป3 ค่าศักย์แบนด์แบนด์เพิ่มขึ้นจาก 0.021 V เป็น 0.753 V จำนวนพาหะในสารละลายเพิ่มขึ้น ปฏิกิริยาระหว่างไอออนในสารละลายเข้มข้นขึ้น และความเสถียรของชั้นฟิล์มลดลงเมื่ออุณหภูมิของสารละลายเพิ่มขึ้น ยิ่งค่าสัมบูรณ์ของความชันของเส้นประมาณมีค่าน้อยลง ความหนาแน่นของตัวพาในสารละลายก็จะยิ่งมากขึ้น อัตราการแพร่กระจายระหว่างไอออนก็จะยิ่งสูงขึ้น และจำนวนไอออนที่ว่างบนไอออนก็จะยิ่งมากขึ้น พื้นผิวของชั้นฟิล์มจึงช่วยลดพื้นผิวโลหะ ความเสถียร และความต้านทานการกัดกร่อน 46,47
องค์ประกอบทางเคมีของฟิล์มมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความเสถียรของแคตไอออนของโลหะและประสิทธิภาพของเซมิคอนดักเตอร์ และการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิมีผลกระทบสำคัญต่อการก่อตัวของฟิล์มสแตนเลสบนรูปรูปที่ 7 แสดงสเปกตรัม XPS ทั้งหมดของชั้นพื้นผิวของฟิล์ม 2205 DSS ในสารละลายจำลองที่มี Cl– 100 กรัม/ลิตร และ CO2 อิ่มตัวองค์ประกอบหลักในภาพยนตร์ที่เกิดจากชิปที่อุณหภูมิต่างกันโดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกัน และส่วนประกอบหลักของฟิล์มคือ Fe, Cr, Ni, Mo, O, N และ C ดังนั้นส่วนประกอบหลักของชั้นฟิล์มคือ Fe , Cr, Ni, Mo, O, N และ C. ภาชนะที่มี Cr ออกไซด์, Fe ออกไซด์และไฮดรอกไซด์ และ Ni และ Mo ออกไซด์จำนวนเล็กน้อย
สเปกตรัม XPS 2205 DSS เต็มรูปแบบที่ถ่ายที่อุณหภูมิต่างๆ(ก) 30°ซ (ข) 45°ซ (ค) 60°ซ (ง) 75°ซ
องค์ประกอบหลักของฟิล์มเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของสารประกอบในฟิล์มสร้างฟิล์มตามพลังงานยึดเหนี่ยวขององค์ประกอบหลักในชั้นฟิล์ม ดังแสดงในตาราง 16 จะเห็นได้ว่ายอดสเปกตรัมที่เป็นลักษณะเฉพาะของ Cr2p3/2 แบ่งออกเป็นโลหะ Cr0 (573.7 ± 0.2 eV), Cr2O3 (574.5 ± 0.3 eV) และ Cr(OH)3 ( 575.4 ± 0.1 eV) โดยที่ แสดงในรูปที่ 8a ซึ่งออกไซด์ที่เกิดจากองค์ประกอบ Cr เป็นองค์ประกอบหลักในภาพยนตร์ ซึ่งมีบทบาทสำคัญในความต้านทานการกัดกร่อนของฟิล์มและประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าความเข้มพีคสัมพัทธ์ของ Cr2O3 ในชั้นฟิล์มสูงกว่า Cr(OH)3อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิของสารละลายของแข็งเพิ่มขึ้น พีคสัมพัทธ์ของ Cr2O3 จะค่อยๆ ลดลง ในขณะที่พีคสัมพัทธ์ของ Cr(OH)3 ค่อยๆ เพิ่มขึ้น ซึ่งบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนของ Cr3+ หลักในชั้นฟิล์มจาก Cr2O3 เป็น Cr(OH) 3 และอุณหภูมิของสารละลายเพิ่มขึ้น
พลังงานยึดเหนี่ยวของพีคของสเปกตรัมลักษณะเฉพาะของ Fe2p3/2 ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสี่พีคของสถานะโลหะ Fe0 (706.4 ± 0.2 eV), Fe3O4 (707.5 ± 0.2 eV), FeO (709.5 ± 0.1 eV ) และ FeOOH (713.1 eV) ± 0.3 eV) ดังแสดงในรูปที่ 8b Fe ส่วนใหญ่จะปรากฏอยู่ในฟิล์มที่ขึ้นรูปแล้วในรูปของ Fe2+ และ Fe3+Fe2+ ​​​​จาก FeO จะครอบงำ Fe(II) ที่จุดสูงสุดของพลังงานการจับที่ต่ำกว่า ในขณะที่สารประกอบ Fe3O4 และ Fe(III) FeOOH มีอำนาจเหนือกว่าที่จุดสูงสุดของพลังงานการจับที่สูงกว่า48,49ความเข้มสัมพัทธ์ของจุดสูงสุดของ Fe3+ นั้นสูงกว่าจุดสูงสุดของ Fe2+ แต่ความเข้มสัมพัทธ์ของจุดสูงสุดของ Fe3+ จะลดลงตามอุณหภูมิของสารละลายที่เพิ่มขึ้น และความเข้มสัมพัทธ์ของจุดสูงสุดของ Fe2+ เพิ่มขึ้น บ่งชี้ถึงการเปลี่ยนแปลงของสารหลักในชั้นฟิล์มจาก Fe3+ ถึง Fe2+ เพื่อเพิ่มอุณหภูมิของสารละลาย
พีคสเปกตรัมที่เป็นลักษณะเฉพาะของ Mo3d5/2 ส่วนใหญ่ประกอบด้วยตำแหน่งพีคสองตำแหน่ง Mo3d5/2 และ Mo3d3/243.50 ในขณะที่ Mo3d5/2 ประกอบด้วย Mo โลหะ (227.5 ± 0.3 eV), Mo4+ (228.9 ± 0.2 eV) และ Mo6+ ( 229.4 ± 0.3 eV) ) ในขณะที่ Mo3d3/2 ยังมีโลหะ Mo (230.4 ± 0.1 eV), Mo4+ (231.5 ± 0.2 eV) และ Mo6+ (232, 8 ± 0.1 eV) ดังแสดงในรูปที่ 8c ดังนั้นองค์ประกอบ Mo จึงมีอยู่ในเวเลนซ์มากกว่าสาม สถานะของชั้นฟิล์มพลังงานยึดเหนี่ยวของพีคสเปกตรัมลักษณะเฉพาะของ Ni2p3/2 ประกอบด้วย Ni0 (852.4 ± 0.2 eV) และ NiO (854.1 ± 0.2 eV) ดังแสดงในรูปที่ 8g ตามลำดับจุดสูงสุดของคุณลักษณะ N1 ประกอบด้วย N (399.6 ± 0.3 eV) ดังแสดงในรูปที่ 8dจุดสูงสุดของ O1 ที่มีลักษณะเฉพาะ ได้แก่ O2- (529.7 ± 0.2 eV), OH- (531.2 ± 0.2 eV) และ H2O (531.8 ± 0.3 eV) ดังแสดงในรูป ส่วนประกอบหลักของชั้นฟิล์มคือ (OH- และ O2 -) ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการเกิดออกซิเดชันหรือออกซิเดชันของไฮโดรเจนของ Cr และ Fe ในชั้นฟิล์มความเข้มพีคสัมพัทธ์ของ OH- เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นจาก 30°C ถึง 75°Cดังนั้น เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น องค์ประกอบของวัสดุหลักของ O2- ในชั้นฟิล์มจึงเปลี่ยนจาก O2- เป็น OH- และ O2-
บนรูปรูปที่ 9 แสดงสัณฐานวิทยาของพื้นผิวด้วยกล้องจุลทรรศน์ของตัวอย่าง 2205 DSS หลังการเกิดโพลาไรเซชันแบบไดนามิกในสารละลายแบบจำลองที่มี Cl– 100 กรัม/ลิตร และ CO2 อิ่มตัวจะเห็นได้ว่าบนพื้นผิวของตัวอย่างที่มีโพลาไรซ์ที่อุณหภูมิต่างกัน มีหลุมการกัดกร่อนในระดับที่แตกต่างกัน ซึ่งเกิดขึ้นในสารละลายของไอออนที่มีฤทธิ์รุนแรง และเมื่ออุณหภูมิของสารละลายเพิ่มขึ้น การกัดกร่อนที่รุนแรงยิ่งขึ้นจะเกิดขึ้นที่ พื้นผิวของตัวอย่างวัสดุพิมพ์จำนวนหลุมบ่อต่อหน่วยพื้นที่และความลึกของศูนย์การกัดกร่อนเพิ่มขึ้น
เส้นโค้งการกัดกร่อนของ 2205 DSS ในสารละลายแบบจำลองที่มี Cl– 100 กรัม/ลิตร และ CO2 อิ่มตัวที่อุณหภูมิต่างกัน (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c
ดังนั้น การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะเพิ่มกิจกรรมของแต่ละส่วนประกอบของ DSS เช่นเดียวกับเพิ่มกิจกรรมของไอออนที่มีฤทธิ์รุนแรงในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ทำให้เกิดความเสียหายต่อพื้นผิวตัวอย่างในระดับหนึ่ง ซึ่งจะเพิ่มกิจกรรมการเกิดรูพรุนและการเกิดหลุมกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นอัตราการเกิดผลิตภัณฑ์จะเพิ่มขึ้นและความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุจะลดลง51,52,53,54,55
บนรูปภาพที่ 10 แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาและความลึกของรูพรุนของตัวอย่าง DSS 2205 ที่ถูกโพลาไรซ์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ดิจิตอลแบบใช้แสงระยะชัดลึกพิเศษจากรูปที่10a แสดงให้เห็นว่าหลุมการกัดกร่อนที่เล็กกว่ายังปรากฏขึ้นรอบๆ หลุมขนาดใหญ่ด้วย ซึ่งบ่งชี้ว่าฟิล์มที่ทำให้เกิดการกัดกร่อนบนพื้นผิวตัวอย่างถูกทำลายบางส่วนด้วยการก่อตัวของหลุมการกัดกร่อนที่ความหนาแน่นกระแสที่กำหนด และความลึกของรูพรุนสูงสุดคือ 12.9 ไมโครเมตรดังแสดงในรูปที่ 10b
DSS แสดงความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่า เหตุผลหลักก็คือ ฟิล์มที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของเหล็กได้รับการปกป้องอย่างดีในสารละลาย Mott-Schottky ตามผลลัพธ์ XPS ข้างต้นและเอกสารที่เกี่ยวข้อง 13,56,57,58 ฟิล์มส่วนใหญ่ ผ่านขั้นตอนต่อไปนี้ ซึ่งเป็นกระบวนการออกซิเดชันของ Fe และ Cr
Fe2+ ​​​​ละลายและตกตะกอนได้ง่ายที่ส่วนต่อประสาน 53 ระหว่างฟิล์มและสารละลาย และกระบวนการปฏิกิริยาแคโทดจะเป็นดังนี้:
ในสถานะที่ถูกสึกกร่อนจะเกิดฟิล์มโครงสร้างสองชั้นซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยชั้นในของเหล็กและโครเมียมออกไซด์และชั้นไฮดรอกไซด์ด้านนอกและไอออนมักจะเติบโตในรูขุมขนของฟิล์มองค์ประกอบทางเคมีของฟิล์มสร้างฟิล์มมีความเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์ ดังที่เห็นได้จากเส้นโค้ง Mott-Schottky ซึ่งบ่งชี้ว่าองค์ประกอบของฟิล์มสร้างฟิล์มนั้นเป็นชนิด n+p และมีลักษณะแบบไบโพลาร์ผลลัพธ์ของ XPS แสดงให้เห็นว่าชั้นนอกของฟิล์ม passivating ส่วนใหญ่ประกอบด้วย Fe ออกไซด์และไฮดรอกไซด์ที่แสดงคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n และชั้นในส่วนใหญ่ประกอบด้วย Cr ออกไซด์และไฮดรอกไซด์ที่แสดงคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p
2205 DSS มีความต้านทานสูงเนื่องจากมีปริมาณ Cr17.54 สูง และมีระดับของรูพรุนที่แตกต่างกันเนื่องจากการกัดกร่อนของกัลวานิกด้วยกล้องจุลทรรศน์55 ระหว่างโครงสร้างดูเพล็กซ์การกัดกร่อนแบบรูเข็มเป็นการกัดกร่อนประเภทหนึ่งที่พบบ่อยที่สุดใน DSS และอุณหภูมิเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนแบบรูเข็ม และมีผลกระทบต่อกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์และจลน์ของปฏิกิริยา DSS60,61โดยทั่วไป ในสารละลายจำลองที่มีความเข้มข้นสูงของ Cl– และ CO2 อิ่มตัว อุณหภูมิยังส่งผลต่อการก่อตัวของรูพรุนและการเริ่มต้นของการแตกร้าวในระหว่างการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นภายใต้การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น และอุณหภูมิวิกฤตของรูพรุนจะถูกกำหนดเพื่อประเมิน ความต้านทานการกัดกร่อนดีเอสเอส.วัสดุซึ่งสะท้อนถึงความไวของเมทริกซ์โลหะต่ออุณหภูมิ มักใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงที่สำคัญในการเลือกใช้วัสดุในงานวิศวกรรมอุณหภูมิการเจาะวิกฤตโดยเฉลี่ยของ 2205 DSS ในสารละลายจำลองคือ 66.9°C ซึ่งสูงกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม Super 13Cr ถึง 25.6°C ที่มี NaCl 3.5% แต่ความลึกของการเจาะสูงสุดถึง 12.9 µm62ผลลัพธ์ทางเคมีไฟฟ้ายืนยันเพิ่มเติมว่าบริเวณแนวนอนของมุมเฟสและความถี่แคบลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และเมื่อมุมเฟสลดลงจาก 79° เป็น 58° ค่าของ |Z|ลดลงจาก 1.26×104 เป็น 1.58×103 Ω cm2ความต้านทานการถ่ายโอนประจุ Rct ลดลงจาก 2.958 1014 เป็น 2.541 103 Ω cm2 ความต้านทานของสารละลาย Rs ลดลงจาก 2.953 เป็น 2.469 Ω cm2 ความต้านทานของฟิล์ม Rf ลดลงจาก 5.430 10-4 cm2 เป็น 1.147 10-3 cm2ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายเชิงรุกเพิ่มขึ้น ความเสถียรของชั้นฟิล์มเมทริกซ์โลหะลดลง ละลายและแตกง่ายความหนาแน่นกระแสการกัดกร่อนในตัวเองเพิ่มขึ้นจาก 1.482 เป็น 2.893×10-6 A cm-2 และศักยภาพในการกัดกร่อนในตัวเองลดลงจาก -0.532 เป็น -0.621Vจะเห็นได้ว่าการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิส่งผลต่อความสมบูรณ์และความหนาแน่นของชั้นฟิล์ม
ในทางตรงกันข้ามความเข้มข้นสูงของ Cl- และสารละลายอิ่มตัวของ CO2 จะค่อยๆเพิ่มความสามารถในการดูดซับของ Cl- บนพื้นผิวของฟิล์มฟิล์มเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความเสถียรของฟิล์มฟิล์มฟิล์มจะไม่เสถียร และผลการป้องกันต่อ วัสดุพิมพ์จะอ่อนตัวลงและความไวต่อการเกิดรูพรุนเพิ่มขึ้นในกรณีนี้ กิจกรรมของไอออนที่มีฤทธิ์กัดกร่อนในสารละลายจะเพิ่มขึ้น ปริมาณออกซิเจนจะลดลง และฟิล์มพื้นผิวของวัสดุที่ถูกกัดกร่อนนั้นยากต่อการฟื้นตัวอย่างรวดเร็ว ซึ่งสร้างสภาวะที่เอื้ออำนวยมากขึ้นสำหรับการดูดซับไอออนที่มีฤทธิ์กัดกร่อนบนพื้นผิวต่อไปการลดวัสดุ63.โรบินสัน และคณะ[64] แสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิของสารละลายเพิ่มขึ้น อัตราการเติบโตของหลุมจะเร็วขึ้น และอัตราการแพร่กระจายของไอออนในสารละลายก็เพิ่มขึ้นเช่นกันเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึง 65 °C การละลายของออกซิเจนในสารละลายที่มี Cl-ion จะทำให้กระบวนการเกิดปฏิกิริยาแคโทดช้าลง อัตราการเกิดรูพรุนจะลดลงHan20 ตรวจสอบผลกระทบของอุณหภูมิต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนของสเตนเลสดูเพล็กซ์ 2205 ในสภาพแวดล้อมที่มีคาร์บอนไดออกไซด์ผลการวิจัยพบว่าการเพิ่มอุณหภูมิทำให้ปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่มีการกัดกร่อนและพื้นที่ของโพรงหดตัวบนพื้นผิวของวัสดุเพิ่มขึ้นในทำนองเดียวกัน เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึง 150°C ฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวจะแตกตัว และความหนาแน่นของหลุมอุกกาบาตจะสูงที่สุดLu4 ตรวจสอบผลกระทบของอุณหภูมิต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนของสเตนเลสดูเพล็กซ์ 2205 ตั้งแต่กระบวนการทู่ไปจนถึงการกระตุ้นในสภาพแวดล้อมความร้อนใต้พิภพที่มีคาร์บอนไดออกไซด์ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าที่อุณหภูมิทดสอบต่ำกว่า 150 °C ฟิล์มที่ขึ้นรูปแล้วจะมีโครงสร้างอสัณฐานที่มีลักษณะเฉพาะ และส่วนต่อประสานภายในประกอบด้วยชั้นที่อุดมด้วยนิกเกิล และที่อุณหภูมิ 300 °C ผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่เกิดขึ้นจะมีโครงสร้างระดับนาโน .-โพลีคริสตัลไลน์ FeCr2O4, CrOOH และ NiFe2O4
บนรูป11 เป็นแผนภาพแสดงกระบวนการกัดกร่อนและการเกิดฟิล์มของ 2205 DSSก่อนใช้งาน 2205 DSS จะสร้างฟิล์มสร้างฟิล์มในชั้นบรรยากาศหลังจากที่แช่อยู่ในสภาพแวดล้อมที่จำลองสารละลายที่มีสารละลายที่มี Cl- และ CO2 สูง พื้นผิวของมันจะถูกล้อมรอบด้วยไอออนที่มีฤทธิ์รุนแรงต่างๆ (Cl-, CO32- ฯลฯ) อย่างรวดเร็ว).J. Banas 65 ได้ข้อสรุปว่าในสภาพแวดล้อมที่มี CO2 อยู่พร้อมๆ กัน ความเสถียรของฟิล์มสร้างฟิล์มบนพื้นผิวของวัสดุจะลดลงตามเวลา และกรดคาร์บอนิกที่ก่อตัวขึ้นมีแนวโน้มที่จะเพิ่มการนำไฟฟ้าของไอออนในฟิล์มสร้างฟิล์ม ชั้น.ฟิล์มและความเร่งการละลายของไอออนในฟิล์มทู่ฟิล์มทู่ดังนั้นชั้นฟิล์มบนพื้นผิวตัวอย่างจึงอยู่ในขั้นตอนสมดุลไดนามิกของการละลายและการเปลี่ยนฟิล์ม 66, Cl- ลดอัตราการก่อตัวของชั้นฟิล์มพื้นผิว และหลุมเล็กๆ จะปรากฏขึ้นในบริเวณที่อยู่ติดกันของพื้นผิวฟิล์ม เนื่องจาก แสดงในรูปที่ 3 แสดงดังแสดงในรูปที่ 11a และ b หลุมการกัดกร่อนเล็กๆ ที่ไม่เสถียรจะปรากฏขึ้นพร้อมกันเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น กิจกรรมของไอออนที่มีฤทธิ์กัดกร่อนในสารละลายบนชั้นฟิล์มจะเพิ่มขึ้น และความลึกของหลุมเล็กๆ ที่ไม่เสถียรจะเพิ่มขึ้นจนกว่าชั้นฟิล์มจะถูกทะลุผ่านโดยชั้นฟิล์มใส ดังแสดงในรูปที่ 11cเมื่ออุณหภูมิของตัวกลางละลายเพิ่มขึ้นอีก ปริมาณ CO2 ที่ละลายในสารละลายจะถูกเร่ง ซึ่งส่งผลให้ค่า pH ของสารละลายลดลง ความหนาแน่นของหลุมกัดกร่อนที่เล็กที่สุดที่ไม่เสถียรบนพื้นผิว SPP เพิ่มขึ้น ความลึกของหลุมการกัดกร่อนเริ่มต้นจะขยายและลึกขึ้น และฟิล์มฟิล์มเคลือบบนพื้นผิวตัวอย่าง เมื่อความหนาลดลง ฟิล์มเคลือบฟิล์มจะมีแนวโน้มที่จะเกิดรูพรุนมากขึ้น ดังแสดงในรูปที่ 11dและผลลัพธ์ทางเคมีไฟฟ้ายังยืนยันอีกด้วยว่าการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิมีผลกระทบต่อความสมบูรณ์และความหนาแน่นของฟิล์มดังนั้นจะเห็นได้ว่าการกัดกร่อนในสารละลายที่อิ่มตัวด้วย CO2 ซึ่งมี Cl- ความเข้มข้นสูงนั้นแตกต่างอย่างมากจากการกัดกร่อนในสารละลายที่มี Cl-67,68 ความเข้มข้นต่ำ
กระบวนการกัดกร่อน 2205 DSS ด้วยการก่อตัวและทำลายฟิล์มใหม่(a) กระบวนการที่ 1 (b) กระบวนการที่ 2 (c) กระบวนการที่ 3 (d) กระบวนการที่ 4
อุณหภูมิการเจาะวิกฤตโดยเฉลี่ยของ 2205 DSS ในสารละลายจำลองที่มี Cl– 100 กรัม/ลิตร และ CO2 อิ่มตัวคือ 66.9 ℃ และความลึกของการเจาะสูงสุดคือ 12.9 µm ซึ่งจะลดความต้านทานการกัดกร่อนของ 2205 DSS และเพิ่มความไวต่อการเกิดรูพรุนอุณหภูมิเพิ่มขึ้น