奧氏體不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能,是石油工業(yè)中最為常見的耐蝕結(jié)構(gòu)材料。隨著能源需求的增大,石油天然氣的開采環(huán)境越來越惡劣,不銹鋼材料在服役過程中也面臨挑戰(zhàn),研究不銹鋼材料的腐蝕問題兼具理論和現(xiàn)實意義。本文利用腐蝕電化學(xué)測試、高溫高壓腐蝕模擬實驗,結(jié)合X-射線光電子能譜（XPS）、俄歇電子能譜（AES）以及飛行時間二次離子質(zhì)譜（ToF-SIMS）等表面分析方法,研究了 316L奧氏體不銹鋼在典型服役環(huán)境下的腐蝕電化學(xué)行為以及鈍化膜性能衰減機(jī)制。分別討論了 H2S、溫度、Cl-濃度、外加電位、pH值等環(huán)境介質(zhì)因素的影響,明確了 H2S對不銹鋼鈍化膜的損傷機(jī)理,建立了材料宏觀耐蝕性與鈍化膜微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,分析并討論了環(huán)境因素對鈍化膜成分和結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。獲得的主要結(jié)論如下:（1）H2S對不銹鋼的腐蝕過程具有顯著的促進(jìn)作用。在含H2S的環(huán)境下,不銹鋼的點蝕電位低,維鈍電流密度大。H2S的主要腐蝕機(jī)理在于其能夠顯著改變鈍化膜成分,抑制氧化物、促進(jìn)硫化物的生成,鈍化膜成分的改變是導(dǎo)致不銹鋼耐蝕性發(fā)生不可逆降低的原因。含硫的鈍化膜中缺陷增多、施主和受主濃度高、穩(wěn)定性差,因此不銹鋼在H2S環(huán)境中耐... 

【文章來源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：158 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１金屬表面上鈍化膜雙層結(jié)構(gòu)生成示意圖??Ｆｉｇ．?２－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｂｉｌａｙｅｒ?ｐａｓｓｉｖｅ?ｆｉｌｍ?ｏｎ?ｍｅｔａｌ?ｓｕｒｆａｃｅ??

在這層極薄氧化物膜上的電場場強(qiáng)可達(dá)１０６？ｌ〇７Ｖ／ｃｍ，因此可以認(rèn)??為金屬表面氧化物的形成和鈍化膜的生長是依靠金屬陽離子在膜內(nèi)高電場作??用下由金屬／膜界面向膜／介質(zhì)界面遷移來實現(xiàn)，如圖２－３所示。金屬離子穿??過膜層的基本條件是離子本身具有足夠高的能量來克服活化勢壘，而存在于??極薄氧化物膜間的高電場，為離子在電場方向上的遷移提供了便利。其中金??屬原子從金屬基體進(jìn)入鈍化膜，進(jìn)而氧化成為陽離子的反應(yīng)是整個過程的限??制性環(huán)節(jié)。??Ｍ／Ｆ?ｐ／Ｓ??，ｎ，ｅｒｆａＣｅ?Ｈｉｇｈ?ＥｌｅｃｔｉｃＦｉｅｌｄ?ｌｎｔｅｒｆａｃｅ??，飛、???ＫＷ?１０６￣１０７?Ｖ／ｃｍ?Ｉ???＾?；??：?：?????圖２－３局場模型意圖??Ｆｉｇ．?２－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＨＦＭ?ｍｏｄｅｌ??位置交換模型認(rèn)為在不銹鋼表面的氧化膜生長是通過陰離子，如ｏ離子，??吸附在不銹鋼表面，與金屬陽離子Ｍ形成Ｍ－０對，然后Ｍ－０對發(fā)生旋轉(zhuǎn)導(dǎo)??致所謂“位置交換”來完成

Ｆｉｇ．?２－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＰＥＭ?ｍｏｄｅｌ??形核增長模型認(rèn)為當(dāng)一個新相（鈍化膜）在金屬表面形成時，最開始是??在金屬表面離散形核，然后橫向生長至布滿整個表面。新相的形核和生長由??所施加的電壓控制。??點缺陷模型是目前在學(xué)術(shù)界接受度最高的一種理論。模型中對鈍化膜的??認(rèn)識包括以下內(nèi)容：（１）鈍化膜是一種含有大量缺陷的半導(dǎo)體，其中的空位??（包括金屬空位、氧空位和金屬夾雜）作為摻雜物；（２）金屬基體／膜界面和??膜層／溶液界面處于電化學(xué)平衡；（３）通過膜／溶液界面的電位隨著外加電位和??溶液ｐＨ呈線性變化；（４）鈍化膜的電場強(qiáng)度恒定，與鈍化膜厚度無關(guān)。鈍??化膜的生長和破裂過程就是點缺陷在靜電場作用下發(fā)生遷移的過程，所以，??鈍化膜生長的動力是膜中缺陷的密度和擴(kuò)散率。在介質(zhì)環(huán)境中的不銹鋼鈍化??膜處于溶解與生成的動態(tài)過程之中，鈍化膜中空位的形成與消失均在界面處??發(fā)生。在陽極極化條件下，氧空位從金屬／內(nèi)層膜界面向外層膜方向遷移，而??金屬離子從外層膜／內(nèi)層膜界面向內(nèi)層膜方向遷移。這些空位的遷移最終可能??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]SO42-對含Cl-溶液中316L奧氏體不銹鋼鈍化行為及點蝕行為的影響[J]. 唐嫻,張雷,王竹,張子如,薛俊鵬,路民旭.  工程科學(xué)學(xué)報. 2018(03)
[2]Investigation of the deterioration of passive films in H2S-containing solutions[J]. Zhu Wang,Lei Zhang,Xian Tang,Zhao-yang Cui,Jun-peng Xue,Min-xu Lu.  International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2017(08)
[3]316L不銹鋼在不同pH值硼酸溶液中的電化學(xué)行為研究[J]. 王彥亮,陳旭,王際東,宋博,范東升,何川.  中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報. 2017(02)
[4]超級13Cr管材在低H2S高CO2環(huán)境中的開裂敏感性研究[J]. 陶杉,徐燕東,杜春朝.  表面技術(shù). 2016(07)
[5]非金屬夾雜物對439M鐵素體不銹鋼耐點蝕性能的影響[J]. 覃懷鵬,陳海濤,郎宇平,陳清明.  熱加工工藝. 2016(10)
[6]2205雙相不銹鋼在CO2-H2S-Cl--H2O環(huán)境中的電化學(xué)腐蝕行為[J]. 尹志福,朱世東,南蓓蓓,呂雷,張永強(qiáng).  材料保護(hù). 2016(03)
[7]316L不銹鋼TIG焊接接頭在H2S溶液中的鈍化性能[J]. 盧向雨,姚勝,唐俊榮,趙劉明,馮興國.  表面技術(shù). 2015(12)
[8]pH值對304不銹鋼在3.5%NaCl溶液中點蝕過程的影響[J]. 葉超,杜楠,田文明,趙晴,朱麗.  中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報. 2015(01)
[9]Effects of Sulphate-reducing Bacteria on Corrosion Behaviour of 2205 Duplex Stainless Steel[J]. Cheng-hao LIANG,Hua WANG,Nai-bao HUANG.  Journal of Iron and Steel Research（International）. 2014(04)
[10]超級13Cr不銹鋼腐蝕行為研究進(jìn)展[J]. 朱世東,李金靈,馬海霞,尹志福,王維波.  腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù). 2014(02)



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