采用自主設計動態(tài)腐蝕實驗裝置研究20#鋼在CO₂/H₂O兩相塞狀流條件下的腐蝕行為,利用失重法、SEM、EDS和XRD等手段對腐蝕試樣進行腐蝕速率分析、腐蝕形貌觀察以及腐蝕產物成分與膜層結構特征分析.結果表明:隨時間的延長腐蝕速率呈先小幅減小、后快速增大、再明顯降低的趨勢,4h和8h分別達實驗條件下的最大值（2.074 6 mm/a）和最小值（1.898 8 mm/a）;下管壁腐蝕形貌特征表明隨時間延長腐蝕產物膜層由初始階段疏松團絮狀產物+細小針狀產物組成含有微裂紋的單層腐蝕產物膜層逐漸轉變?yōu)殡p層腐蝕產物膜,外層膜疏松其具有貫穿性裂紋,而內層膜相對致密并隨時間延長致密度逐漸提高,EDS分析結果表明內層相對致密膜層的鐵含量高于外層膜,屬于富鐵腐蝕產物,外層相對疏松膜層的碳氧元素含量之和相比內層膜較高;在同時間段上管壁腐蝕產物沿垂直流動方向呈條帶狀分布,由初始粗大疏松產物顆粒逐漸轉變?yōu)榫哂幸?guī)則排列特征的晶粒;腐蝕產物主要由Fe、C、O三種主要元素組成,主要組成相有Fe₃C、FeCO₃、Fe_3<... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學學報. 2017,49(11)北大核心

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【部分圖文】：

圖1時間對20#鋼腐蝕速率的影響

(i)所示，圖2(b)、(d)、(f)、(h)、(j)為各自對應放大形貌，而其右上角附圖為對應本圖的局部進一步放大形貌．從圖2(a)、(c)、(e)、(g)、(i)可看出試樣表面均形成一層腐蝕產物膜，初始階段完全覆蓋的膜層表面不均勻分布龜裂紋，見圖2(a)中橢圓內所示，且有極少量龜裂紋處有剝落如圖中白色箭頭所示，從放大腐蝕形貌可知此時腐蝕產物膜是由疏松絮狀球形顆粒組成的疏松膜層見圖2(b)，其右上角進一步放大形貌附圖可見絮狀球由大量針狀腐蝕產物構成，絮狀球之間孔隙較大;隨時間延長，表面腐蝕產物膜層的致密度增加見圖2(c)，其局部放大形貌表明腐蝕產物層也是由針狀物質緊密堆積而成見圖2(d)，表面依然存在少量的翹曲區(qū)域，對比圖2(b)可見其表面球狀物質顆粒尺寸減小，右上角附圖中顯示其球狀顆粒之間的間隙減小甚至消失，相對致密度提高的膜層在腐蝕過程中阻礙離子擴散，對應圖1此刻腐蝕速率略有降低．腐蝕產物沉積動力學決定了腐蝕產物形貌和完整性以及腐蝕速率，腐蝕產物形成動力學包含一系列表面反應，包括活性溶解、離子擴散、膜生長和表面層形成，4h時在表面可觀察到較深的產物剝落坑見圖2(e)，對應高倍形貌圖2(f)可見腐蝕產物表面分布不均勻，表面分布“苔蘚”狀疏松區(qū)域如圖中白色橢圓內所示，其下為極易脫落的疏松層，如圖中黑色橢圓內為剝落殘留，疏松層呈現網狀連通裂紋，其右上角附圖進一步放大形貌可見較深裂紋，疏松層下為相對上層致密的腐蝕產物膜層如圖中箭頭所示，在流體沖刷作用下，大部分表面具有網狀連通裂紋的疏松產物膜在流體沖刷作用下極容易脫落，這進一步促進離子的交換，致使腐蝕速率大幅度加快;隨著腐蝕時間的進一步延長，后續(xù)形成的腐蝕產物膜優(yōu)先在孔隙或裂紋處沉積，底層相對致密的膜層致密度進一步提

圖3為同一試樣管壁上壁面處腐蝕產物的微觀形貌，其右上角附圖為局部放大形貌，與下管壁腐蝕形貌對比發(fā)現其低倍條件下的特征不明顯，而3h腐蝕后形貌特征有所區(qū)別對比圖2(c)與圖3(b)，上下壁腐蝕表面均較光滑致密，上管壁呈現較多的區(qū)域片狀凸起而下管壁凸起較少如圖2(c)中橢圓內所示．而高倍形貌卻完全不同，對比圖2(b)、(d)、(f)、(h)、(j)與圖3可見上管壁腐蝕后表面呈現條帶狀特征．圖3(a)表明腐蝕2h后上管壁表面由均勻疏松蜂窩狀顆粒組成，進一步放大形貌可見此時腐蝕產物比較粗糙且顆粒較大，孔隙相對下壁面(圖2b)更大;3h時上壁表面出現了大面積不規(guī)則形狀區(qū)域，部分區(qū)域出現節(jié)瘤狀產物如圖中橢圓內所示，由局部放大形貌圖3(f)可見腐蝕產物由針狀腐蝕產物組成的均勻團絮狀疏松顆粒堆積而成，對比圖3(a)腐蝕產物致密度提高;4h時腐蝕產物由較大顆粒狀物質組成并呈條帶狀分布如圖3(c)所示，條帶狀分布方向與液體流動方向垂直;圖3(d)為5h時上管壁面腐蝕形貌，圖中可見腐蝕產物完整均勻分布，表面有局部微裂紋如圖中橢圓內所示，由局部放大形貌可見較大顆粒狀物質堆積表面，其下為較致密的內層膜;8h時可見表面呈現大量排列規(guī)則的腐蝕產物晶粒，且其生長方向一致，據相關研究報道推斷其為FeCO3晶粒［18－19］，表面依然有針狀腐蝕產物構成的顆粒狀物質，整體致密度大幅度提高．經EDS元素分析可知上下壁面的腐蝕產物均由Fe、C、O等元素構成，即后續(xù)腐蝕產物成分分析均以下壁面為代表進行具體分析．!"#$%!"#$!&#’%!"#$!(#)%!"#$!*#+%!"#$!,#-%!"#$!.#’%!"%&#$圖3不同時間時管壁上壁面腐蝕產物膜的SEM表面形貌Fig．3SEMsurfaceimagesofcorrosionscalesonthepipetopwallwithdifferenttime2．3腐蝕產物膜截面形貌分析圖

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3073332