Diolch am ymweld â Nature.com.Rydych chi'n defnyddio fersiwn porwr gyda chefnogaeth CSS gyfyngedig.I gael y profiad gorau, rydym yn argymell eich bod yn defnyddio porwr wedi'i ddiweddaru (neu analluogi Modd Cydnawsedd yn Internet Explorer).Yn ogystal, er mwyn sicrhau cefnogaeth barhaus, rydym yn dangos y wefan heb arddulliau a JavaScript.
Yn arddangos carwsél o dri sleid ar unwaith.Defnyddiwch y botymau Blaenorol a Nesaf i symud trwy dri sleid ar y tro, neu defnyddiwch y botymau llithrydd ar y diwedd i symud trwy dri sleid ar y tro.
Mae gan ddur di-staen Duplex 2205 (DSS) ymwrthedd cyrydiad da oherwydd ei strwythur deublyg nodweddiadol, ond mae'r amgylchedd olew a nwy cynyddol llym sy'n cynnwys CO2 yn arwain at wahanol raddau o gyrydiad, yn enwedig tyllu, sy'n bygwth diogelwch a dibynadwyedd olew a naturiol yn ddifrifol. ceisiadau nwy.datblygiad nwy.Yn y gwaith hwn, defnyddir prawf trochi a phrawf electrocemegol ar y cyd â microsgopeg confocal laser a sbectrosgopeg ffotoelectron pelydr-X.Dangosodd y canlyniadau mai'r tymheredd critigol cyfartalog ar gyfer tyllu 2205 DSS oedd 66.9 °C.Pan fo'r tymheredd yn uwch na 66.9 ℃, mae'r potensial ymddatod tyllu, y cyfnod goddefol a'r potensial hunan-cyrydiad yn cael eu lleihau, mae dwysedd cerrynt goddefol maint yn cynyddu, ac mae'r sensitifrwydd tyllu yn cynyddu.Gyda chynnydd pellach yn y tymheredd, mae radiws yr arc capacitive 2205 DSS yn gostwng, mae'r ymwrthedd arwyneb a'r ymwrthedd trosglwyddo tâl yn gostwng yn raddol, ac mae dwysedd cludwyr rhoddwyr a derbynwyr yn haen ffilm y cynnyrch â nodweddion n + p-deubegwn hefyd yn cynyddu, mae cynnwys ocsidau Cr yn haen fewnol y ffilm yn lleihau, yn cynyddu cynnwys ocsidau Fe yn yr haen allanol, mae diddymiad yr haen ffilm yn cynyddu, mae'r sefydlogrwydd yn lleihau, mae nifer y pyllau a'r cynnydd maint pore.
Yng nghyd-destun datblygiad economaidd a chymdeithasol cyflym a chynnydd cymdeithasol, mae'r galw am adnoddau olew a nwy yn parhau i dyfu, gan orfodi datblygiad olew a nwy i symud yn raddol i'r ardaloedd de-orllewinol ac alltraeth gydag amodau ac amgylchedd mwy difrifol, felly amodau gweithredu mae tiwbiau twll i lawr yn dod yn fwy a mwy difrifol..Dirywiad 1,2,3.Ym maes archwilio olew a nwy, pan fydd y cynnydd mewn CO2 4 a halltedd a chynnwys clorin 5, 6 yn yr hylif a gynhyrchir, mae pibell ddur carbon 7 cyffredin yn destun cyrydiad difrifol, hyd yn oed os yw atalyddion cyrydiad yn cael eu pwmpio i'r llinyn bibell, ni ellir atal cyrydiad yn effeithiol ni all dur bellach fodloni gofynion gweithredu hirdymor mewn amgylcheddau CO28,9,10 cyrydol llym.Trodd yr ymchwilwyr at ddur di-staen deublyg (DSS) gyda gwell ymwrthedd cyrydiad.2205 DSS, mae cynnwys ferrite ac austenite yn y dur tua 50%, mae ganddo briodweddau mecanyddol rhagorol a gwrthiant cyrydiad, mae'r ffilm goddefol arwyneb yn drwchus, mae ganddi ymwrthedd cyrydiad unffurf rhagorol, mae'r pris yn is na aloion sy'n seiliedig ar nicel 11 , 12. Felly, defnyddir 2205 DSS yn gyffredin fel llestr pwysedd mewn amgylchedd cyrydol, casin ffynnon olew mewn amgylchedd cyrydol CO2, oerach dŵr ar gyfer system cyddwyso mewn meysydd olew a chemegol alltraeth 13, 14, 15, ond gall 2205 DSS hefyd gael trydylliad cyrydol mewn gwasanaeth.
Ar hyn o bryd, mae llawer o astudiaethau o cyrydu CO2- a Cl-pitio 2205 DSS wedi'u cynnal yn y wlad a thramor [16,17,18].Canfu Ebrahimi19 y gall ychwanegu halen potasiwm deucromad at hydoddiant NaCl atal 2205 o bylu DSS, ac mae cynyddu crynodiad deucromad potasiwm yn cynyddu tymheredd critigol 2205 o bylu DSS.Fodd bynnag, mae'r potensial tyllu o 2205 DSS yn cynyddu oherwydd ychwanegu crynodiad penodol o NaCl at potasiwm deucromad ac yn gostwng gyda chrynodiad cynyddol NaCl.Mae Han20 yn dangos, ar 30 i 120 ° C, bod strwythur ffilm goddefol 2205 DSS yn gymysgedd o haen fewnol Cr2O3, haen allanol FeO, a Cr cyfoethog;pan fydd y tymheredd yn codi i 150 ° C, mae'r ffilm goddefol yn hydoddi., mae'r adeiledd mewnol yn newid i Cr2O3 a Cr(OH)3, ac mae'r haen allanol yn newid i Fe(II,III) ocsid a Fe(III) hydrocsid.Canfu Peguet21 fod tyllu sefydlog o ddur di-staen S2205 mewn hydoddiant NaCl fel arfer yn digwydd nid yn is na'r tymheredd tyllu critigol (CPT) ond yn yr ystod tymheredd trawsnewid (TTI).Daeth Thiadi22 i'r casgliad, wrth i grynodiad NaCl gynyddu, bod ymwrthedd cyrydiad S2205 DSS yn gostwng yn sylweddol, a pho fwyaf negyddol yw'r potensial cymhwysol, y gwaethaf yw ymwrthedd cyrydiad y deunydd.
Yn yr erthygl hon, defnyddiwyd sganio potensial deinamig, sbectrosgopeg rhwystriant, potensial cyson, cromlin Mott-Schottky a microsgopeg electron optegol i astudio effaith halltedd uchel, crynodiad uchel Cl- a thymheredd ar ymddygiad cyrydiad 2205 DSS.a sbectrosgopeg ffotoelectron, sy'n darparu'r sail ddamcaniaethol ar gyfer gweithredu'r 2205 DSS yn ddiogel mewn amgylcheddau olew a nwy sy'n cynnwys CO2.
Dewisir y deunydd prawf o ddur wedi'i drin â thoddiant 2205 DSS (gradd dur 110ksi), a dangosir y prif gyfansoddiad cemegol yn Nhabl 1.
Maint y sampl electrocemegol yw 10 mm × 10 mm × 5 mm, caiff ei lanhau ag aseton i gael gwared ar olew ac ethanol absoliwt a'i sychu.Mae cefn y darn prawf wedi'i sodro i gysylltu'r hyd priodol o wifren gopr.Ar ôl weldio, defnyddiwch multimedr (VC9801A) i wirio dargludedd trydanol y darn prawf weldio, ac yna selio'r arwyneb nad yw'n gweithio gydag epocsi.Defnyddiwch 400 #, 600 #, 800 #, 1200 #, 2000 # papur tywod dŵr silicon carbid i sgleinio'r wyneb gwaith ar y peiriant caboli gydag asiant caboli 0.25um nes bod y garwedd arwyneb Ra≤1.6um, ac yn olaf yn lân a'i roi yn y thermostat .
Defnyddiwyd gweithfan electrocemegol Priston (P4000A) gyda system tair electrod.Roedd electrod platinwm (Pt) gydag arwynebedd o 1 cm2 yn gwasanaethu fel yr electrod ategol, defnyddiwyd DSS 2205 (gydag arwynebedd o 1 cm2) fel electrod gweithio, a defnyddiwyd electrod cyfeirio (Ag / AgCl) defnyddio.Paratowyd yr ateb model a ddefnyddiwyd yn y prawf yn unol â (Tabl 2).Cyn y prawf, pasiwyd datrysiad N2 purdeb uchel (99.99%) am 1 h, ac yna pasiwyd CO2 am 30 munud i ddadocsigenu'r hydoddiant., ac roedd CO2 yn yr ateb bob amser mewn cyflwr dirlawnder.
Yn gyntaf, rhowch y sampl yn y tanc sy'n cynnwys yr ateb prawf, a'i roi mewn baddon dŵr tymheredd cyson.Y tymheredd gosod cychwynnol yw 2 ° C, a rheolir y cynnydd tymheredd ar gyfradd o 1 ° C / min, a rheolir yr ystod tymheredd.ar 2-80°C.Celsius.Mae'r prawf yn dechrau ar botensial cyson (-0.6142 Vs.Ag/AgCl) ac mae cromlin y prawf yn gromlin It.Yn ôl y safon prawf tymheredd tyllu critigol, gellir gwybod y gromlin It.Gelwir y tymheredd y mae'r dwysedd cerrynt yn codi i 100 μA/cm2 yn dymheredd tyllu critigol.Y tymheredd critigol cyfartalog ar gyfer tyllu yw 66.9 °C.Dewiswyd y tymheredd prawf ar gyfer y gromlin polareiddio a'r sbectrwm rhwystriant i fod yn 30 ° C, 45 ° C, 60 ° C a 75 ° C, yn y drefn honno, ac ailadroddwyd y prawf dair gwaith o dan yr un amodau sampl i leihau gwyriadau posibl.
Cafodd sampl metel a oedd yn agored i'r hydoddiant ei bolareiddio gyntaf ar botensial catod (-1.3 V) am 5 munud cyn profi'r gromlin polareiddio potentiodynamig i ddileu'r ffilm ocsid a ffurfiwyd ar wyneb gweithio'r sampl, ac yna ar botensial cylched agored o 1 h nes na fydd y foltedd cyrydiad yn cael ei sefydlu.Gosodwyd cyfradd sgan y gromlin polareiddio botensial ddeinamig i 0.333mV/s, a gosodwyd potensial y cyfnod sgan i -0.3~1.2V vs. OCP.Er mwyn sicrhau cywirdeb y prawf, ailadroddwyd yr un amodau prawf 3 gwaith.
Meddalwedd profi sbectrwm rhwystriant - Versa Studio.Cynhaliwyd y prawf gyntaf ar botensial cylched agored cyson, gosodwyd osgled y foltedd aflonyddwch eiledol i 10 mV, a gosodwyd yr amledd mesur i 10-2-105 Hz.data sbectrwm ar ôl profi.
Proses brofi cromlin amser presennol: dewiswch wahanol botensial goddefol yn ôl canlyniadau'r gromlin polareiddio anodig, mesurwch y gromlin It ar botensial cyson, a gosodwch y gromlin logarithm dwbl i gyfrifo llethr y gromlin wedi'i gosod ar gyfer dadansoddi ffilm.mecanwaith ffurfio'r ffilm goddefol.
Ar ôl i'r foltedd cylched agored sefydlogi, perfformiwch brawf cromlin Mott-Schottky.Profwch ystod sgan potensial 1.0 ~ -1.0V (vS.Ag/AgCl), cyfradd sgan 20mV/s, amlder prawf wedi'i osod i 1000Hz, signal cyffroi 5mV.
Defnyddio sbectrosgopeg photoelectron pelydr-X (XPS) (ESCALAB 250Xi, DU) i sputter profi cyfansoddiad a chyflwr cemegol y ffilm passivation wyneb ar ôl 2205 ffurfio ffilm DSS a pherfformio data mesur prosesu ffit brig gan ddefnyddio meddalwedd uwchraddol.o'i gymharu â chronfeydd data o sbectra atomig a llenyddiaeth gysylltiedig23 a'u graddnodi gan ddefnyddio C1s (284.8 eV).Nodweddwyd morffoleg cyrydiad a dyfnder y pyllau ar y samplau gan ddefnyddio microsgop digidol optegol hynod ddwfn (Zeiss Smart Zoom5, yr Almaen).
Profwyd y sampl ar yr un potensial (-0.6142 V rel. Ag/AgCl) trwy'r dull potensial cyson a chofnodwyd cromlin y cerrynt cyrydiad gydag amser.Yn ôl safon prawf CPT, mae'r dwysedd presennol polareiddio yn cynyddu'n raddol gyda thymheredd cynyddol.Mae 1 yn dangos y tymheredd tyllu critigol o 2205 DSS mewn hydoddiant efelychiedig sy'n cynnwys 100 g/L Cl – a CO2 dirlawn.Gellir gweld, ar dymheredd isel yr ateb, nad yw'r dwysedd presennol yn ymarferol yn newid gydag amser profi cynyddol.A phan gynyddodd tymheredd yr ateb i werth penodol, cynyddodd y dwysedd presennol yn gyflym, gan nodi bod cyfradd diddymu'r ffilm passivating yn cynyddu gyda'r cynnydd yn nhymheredd yr ateb.Pan gynyddir tymheredd yr hydoddiant solet o 2 ° C i tua 67 ° C, mae dwysedd cerrynt polareiddio 2205DSS yn cynyddu i 100µA / cm2, a thymheredd tyllu critigol cyfartalog 2205DSS yw 66.9 ° C, sef tua 16.6 ° C. uwch na'r 2205DSS.safon 3.5 wt.% NaCl (0.7 V)26.Mae'r tymheredd tyllu critigol yn dibynnu ar y potensial cymhwysol ar adeg y mesuriad: po isaf yw'r potensial cymhwysol, yr uchaf yw'r tymheredd tyllu critigol a fesurir.
Cromlin tymheredd critigol o 2205 o ddur di-staen dwplecs mewn hydoddiant efelychiedig sy'n cynnwys 100 g/L Cl – a CO2 dirlawn.
Ar ffig.Mae 2 yn dangos lleiniau rhwystriant cerrynt eiledol o'r 2205 DSS mewn datrysiadau efelychiedig sy'n cynnwys 100 g/L Cl- a CO2 dirlawn ar wahanol dymereddau.Gellir gweld bod diagram Nyquist o'r 2205DSS ar dymheredd amrywiol yn cynnwys arcau ymwrthedd-cynhwysedd amledd uchel, amledd canolig ac amledd isel, ac nid yw'r arcau cynhwysedd gwrthiant yn hanner cylch.Mae radiws yr arc capacitive yn adlewyrchu gwerth gwrthiant y ffilm passivating a gwerth y gwrthiant trosglwyddo tâl yn ystod yr adwaith electrod.Derbynnir yn gyffredinol mai po fwyaf yw radiws yr arc capacitive, y gorau yw ymwrthedd cyrydiad yr is-haen metel mewn hydoddiant27.Ar dymheredd hydoddiant o 30 °C, radiws yr arc capacitive ar y diagram Nyquist ac ongl gwedd ar y diagram o'r modwlws rhwystriant |Z|Bode yw'r uchaf a chorydiad 2205 DSS yw'r isaf.Wrth i dymheredd yr hydoddiant gynyddu, mae'r |Z|modwlws rhwystriant, radiws arc a gwrthiant datrysiad yn gostwng, yn ogystal, mae'r ongl cam hefyd yn gostwng o 79 Ω i 58 Ω yn y rhanbarth amlder canolraddol, gan ddangos brig eang a haen fewnol drwchus a haen allanol denau (mandyllog) yw'r prif nodweddion ffilm oddefol anhomogenaidd28.Felly, wrth i'r tymheredd godi, mae'r ffilm goddefol a ffurfiwyd ar wyneb y swbstrad metel yn hydoddi a chraciau, sy'n gwanhau priodweddau amddiffynnol y swbstrad ac yn dirywio ymwrthedd cyrydiad y deunydd29.
Gan ddefnyddio meddalwedd ZSimDeme i ffitio'r data sbectrwm rhwystriant, dangosir y gylched gyfatebol wedi'i gosod yn Ffig. 330, lle Rs yw'r gwrthiant datrysiad efelychiedig, C1 yw cynhwysedd y ffilm, Rf yw gwrthiant y ffilm oddefol a gynhyrchir, Q2 yw'r dwbl capacitance haen, a Rct yw'r ymwrthedd trosglwyddo tâl.O ganlyniadau ffitio yn y tabl.Mae 3 yn dangos, wrth i dymheredd yr hydoddiant efelychiedig gynyddu, bod gwerth n1 yn gostwng o 0.841 i 0.769, sy'n dangos cynnydd yn y bwlch rhwng y cynwysyddion dwy haen a gostyngiad mewn dwysedd.Gostyngodd y gwrthiant trosglwyddo tâl Rct yn raddol o 2.958 × 1014 i 2.541 × 103 Ω cm2, a nododd ostyngiad graddol yng ngwrthiant cyrydiad y deunydd.Gostyngodd ymwrthedd yr ateb Rs o 2.953 i 2.469 Ω cm2, a gostyngodd cynhwysedd Q2 y ffilm passivating o 5.430 10-4 i 1.147 10-3 Ω cm2, cynyddodd dargludedd yr ateb, gostyngodd sefydlogrwydd y ffilm goddefol , a'r ateb Cl-, SO42-, ac ati) yn y cynnydd canolig, sy'n cyflymu'r broses o ddinistrio'r ffilm passivating31.Mae hyn yn arwain at ostyngiad yn y gwrthiant ffilm Rf (o 4662 i 849 Ω cm2) a gostyngiad yn y gwrthiant polareiddio Rp (Rct + Rf) a ffurfiwyd ar wyneb y dur di-staen deublyg.
Felly, mae tymheredd yr ateb yn effeithio ar ymwrthedd cyrydiad DSS 2205. Ar dymheredd isel yr ateb, mae proses adwaith yn digwydd rhwng y catod a'r anod ym mhresenoldeb Fe2 +, sy'n cyfrannu at ddiddymiad cyflym a chorydiad y anod, yn ogystal â passivation y ffilm a ffurfiwyd ar yr wyneb, yn fwy cyflawn ac yn uwch Dwysedd, mwy o wrthwynebiad trosglwyddo tâl rhwng atebion, yn arafu diddymiad y matrics metel ac yn arddangos gwell ymwrthedd cyrydiad.Wrth i dymheredd yr ateb gynyddu, mae'r ymwrthedd i drosglwyddo tâl Rct yn gostwng, mae cyfradd yr adwaith rhwng ïonau yn yr ateb yn cyflymu, ac mae cyfradd trylediad ïonau ymosodol yn cyflymu, fel bod y cynhyrchion cyrydiad cychwynnol yn cael eu ffurfio eto ar wyneb y y swbstrad o wyneb y swbstrad metel.Mae ffilm goddefol deneuach yn gwanhau priodweddau amddiffynnol y swbstrad.
Ar ffig.Mae Ffigur 4 yn dangos cromliniau polareiddio potensial deinamig 2205 DSS mewn datrysiadau efelychiedig sy'n cynnwys 100 g/L Cl – a CO2 dirlawn ar dymereddau amrywiol.Gellir gweld o'r ffigur, pan fydd y potensial yn yr ystod o -0.4 i 0.9 V, bod gan gromliniau anod ar wahanol dymereddau ranbarthau goddefol amlwg, ac mae'r potensial hunan-cyrydu tua -0.7 i -0.5 V. Fel y mae dwysedd yn cynyddu cerrynt hyd at 100 μA/cm233 fel arfer gelwir cromlin anod yn botensial tyllu (Eb neu Etra).Wrth i'r tymheredd godi, mae'r cyfwng goddefol yn lleihau, mae'r potensial hunan-cyrydiad yn lleihau, mae'r dwysedd cerrynt cyrydiad yn tueddu i gynyddu, ac mae'r gromlin polareiddio yn symud i lawr i'r dde, sy'n dangos bod y ffilm a ffurfiwyd gan DSS 2205 yn yr ateb efelychiedig yn weithredol. gweithgaredd.cynnwys 100 g/l Cl– a CO2 dirlawn, yn cynyddu sensitifrwydd i gyrydiad tyllu, yn cael ei niweidio'n hawdd gan ïonau ymosodol, sy'n arwain at fwy o gyrydiad yn y matrics metel a gostyngiad mewn ymwrthedd cyrydiad.
Gellir gweld o Dabl 4, pan fydd y tymheredd yn codi o 30 ° C i 45 ° C, bod y potensial gor-pasio cyfatebol yn gostwng ychydig, ond mae dwysedd cerrynt goddefol y maint cyfatebol yn cynyddu'n sylweddol, gan nodi bod amddiffyniad y ffilm goddefol o dan y rhain mae amodau'n cynyddu gyda thymheredd cynyddol.Pan fydd y tymheredd yn cyrraedd 60 ° C, mae'r potensial tyllu cyfatebol yn gostwng yn sylweddol, ac mae'r duedd hon yn dod yn fwy amlwg wrth i'r tymheredd godi.Dylid nodi bod cerrynt dros dro sylweddol ar 75°C yn ymddangos yn y ffigur, sy'n dangos presenoldeb cyrydiad tyllu metasad ar wyneb y sampl.
Felly, gyda chynnydd yn nhymheredd yr hydoddiant, mae faint o ocsigen sydd wedi'i doddi yn yr ateb yn lleihau, mae gwerth pH wyneb y ffilm yn gostwng, ac mae sefydlogrwydd y ffilm goddefol yn gostwng.Yn ogystal, po uchaf yw tymheredd yr ateb, yr uchaf yw gweithgaredd ïonau ymosodol yn yr ateb a'r uchaf yw'r gyfradd difrod i haen ffilm wyneb y swbstrad.Mae ocsidau a ffurfiwyd yn yr haen ffilm yn disgyn yn hawdd ac yn adweithio â chasiynau yn yr haen ffilm i ffurfio cyfansoddion hydawdd, gan gynyddu'r tebygolrwydd o bylu.Gan fod yr haen ffilm wedi'i adfywio yn gymharol llac, mae'r effaith amddiffynnol ar y swbstrad yn isel, sy'n cynyddu cyrydiad y swbstrad metel.Mae canlyniadau'r prawf potensial polareiddio deinamig yn gyson â chanlyniadau sbectrosgopeg rhwystriant.
Ar ffig.Mae Ffigur 5a yn dangos Mae'n cromlinio ar gyfer 2205 DSS mewn datrysiad model sy'n cynnwys 100 g/L Cl – a CO2 dirlawn.Cafwyd y dwysedd cerrynt goddefol fel swyddogaeth amser ar ôl polareiddio ar wahanol dymereddau am 1 h ar botensial o -300 mV (o'i gymharu ag Ag/AgCl).Gellir gweld bod y duedd passivation dwysedd presennol o 2205 DSS ar yr un potensial a thymheredd gwahanol yn y bôn yr un fath, ac mae'r duedd yn gostwng yn raddol gydag amser ac yn dueddol o fod yn llyfn.Wrth i'r tymheredd gynyddu'n raddol, cynyddodd dwysedd cyfredol passivation 2205 DSS, a oedd yn gyson â chanlyniadau polareiddio, a oedd hefyd yn nodi bod nodweddion amddiffynnol yr haen ffilm ar y swbstrad metel yn gostwng gyda thymheredd datrysiad cynyddol.
Cromliniau polareiddio potentiostatig o 2205 DSS ar yr un potensial ffurfio ffilm a thymheredd gwahanol.(a) Dwysedd cerrynt yn erbyn amser, (b) Logarithm twf ffilm oddefol.
Archwiliwch y berthynas rhwng dwysedd cerrynt goddefol ac amser ar wahanol dymereddau ar gyfer yr un potensial ffurfio ffilm, fel y dangosir yn (1)34:
Lle i yw dwysedd cerrynt goddefol ar y potensial ffurfio ffilm, A/cm2.A yw arwynebedd yr electrod gweithio, cm2.K yw llethr y gromlin sydd wedi'i ffitio iddo.t amser, s
Ar ffig.Mae 5b yn dangos cromliniau logI a logt ar gyfer 2205 DSS ar wahanol dymereddau ar yr un potensial ffurfio ffilm.Yn ôl y data llenyddiaeth,35 pan fydd y llinell yn goleddu K = -1, mae'r haen ffilm a ffurfiwyd ar wyneb y swbstrad yn ddwysach ac mae ganddi well ymwrthedd cyrydiad i'r swbstrad metel.A phan fydd y llinell syth yn goleddu K = -0.5, mae'r haen ffilm a ffurfiwyd ar yr wyneb yn rhydd, yn cynnwys llawer o dyllau bach ac mae ganddo ymwrthedd cyrydiad gwael i'r swbstrad metel.Gellir gweld, ar 30 ° C, 45 ° C, 60 ° C, a 75 ° C, bod strwythur yr haen ffilm yn newid o fandyllau trwchus i fandyllau rhydd yn unol â'r llethr llinol a ddewiswyd.Yn ôl y Model Diffyg Pwynt (PDM)36,37 gellir gweld nad yw'r potensial cymhwysol yn ystod y prawf yn effeithio ar y dwysedd presennol, sy'n dangos bod y tymheredd yn effeithio'n uniongyrchol ar fesur dwysedd cerrynt yr anod yn ystod y prawf, felly mae'r cerrynt yn cynyddu gyda thymheredd cynyddol.datrysiad, ac mae dwysedd 2205 DSS yn cynyddu, ac mae'r ymwrthedd cyrydiad yn gostwng.
Mae priodweddau lled-ddargludyddion yr haen ffilm denau a ffurfiwyd ar y DSS yn effeithio ar ei wrthwynebiad cyrydiad38, mae'r math o lled-ddargludydd a dwysedd cludwr yr haen ffilm denau yn effeithio ar gracio a thyllu'r haen ffilm denau DSS39,40 lle mae cynhwysedd C ac E o mae'r haen ffilm denau bosibl yn bodloni'r MS perthynas, cyfrifir tâl gofod y lled-ddargludydd yn y ffordd ganlynol:
Yn y fformiwla, ε yw caniatad y ffilm goddefol ar dymheredd ystafell, sy'n hafal i 1230, ε0 yw'r caniatad gwactod, sy'n hafal i 8.85 × 10–14 F/cm, E yw'r wefr eilaidd (1.602 × 10–19 C) ;ND yw dwysedd rhoddwyr lled-ddargludyddion math n, cm–3, NA yw dwysedd derbynnydd lled-ddargludydd math-p, cm–3, EFB yw'r potensial band gwastad, V, K yw cysonyn Boltzmann, 1.38 × 10–3 .23 J/K, T - tymheredd, K.
Gellir cyfrifo llethr a rhyngdoriad y llinell wedi'i gosod trwy osod gwahaniad llinellol i'r gromlin MS fesuredig, y crynodiad cymhwysol (ND), y crynodiad a dderbynnir (NA), a'r potensial band gwastad (Efb)42.
Ar ffig.Mae 6 yn dangos cromlin Mott-Schottky haen wyneb ffilm 2205 DSS a ffurfiwyd mewn datrysiad efelychiedig sy'n cynnwys 100 g/l Cl- ac wedi'i dirlawn â CO2 ar botensial (-300 mV) am 1 awr.Gellir gweld bod gan bob haen ffilm denau a ffurfiwyd ar wahanol dymereddau nodweddion lled-ddargludyddion deubegwn math n+p.Mae gan y lled-ddargludydd n-math ddetholusrwydd anion datrysiad, a all atal cationau dur di-staen rhag ymledu i'r ateb trwy'r ffilm passivation, tra bod gan y lled-ddargludydd p-math ddetholusrwydd cation, a all atal yr anionau cyrydol mewn hydoddiant rhag croesfannau passivation Daw'r ffilm allan ar wyneb y swbstrad 26 .Gellir gweld hefyd bod pontio llyfn rhwng y ddwy gromlin ffitio, mae'r ffilm mewn cyflwr band gwastad, a gellir defnyddio'r potensial band gwastad Efb i bennu lleoliad band ynni lled-ddargludydd a gwerthuso ei electrocemegol. sefydlogrwydd43..
Yn ôl y canlyniadau gosod cromlin MC a ddangosir yn Nhabl 5, cyfrifwyd y crynodiad sy'n mynd allan (ND) a'r crynodiad derbyn (NA) a'r potensial band gwastad Efb 44 o'r un drefn maint.Mae dwysedd y cerrynt cludwr cymhwysol yn bennaf yn nodweddu diffygion pwynt yn yr haen tâl gofod a photensial tyllu'r ffilm goddefol.Po uchaf yw crynodiad y cludwr cymhwysol, yr hawsaf y bydd yr haen ffilm yn torri a'r uchaf yw'r tebygolrwydd o gyrydiad swbstrad45.Yn ogystal, gyda chynnydd graddol yn nhymheredd yr hydoddiant, cynyddodd crynodiad yr allyrrydd ND yn yr haen ffilm o 5.273 × 1020 cm-3 i 1.772 × 1022 cm-3, a chynyddodd crynodiad gwesteiwr NA o 4.972 × 1021 i 4.592 ×1023.cm – fel y dangosir yn ffig.3, mae'r potensial band gwastad yn cynyddu o 0.021 V i 0.753 V, mae nifer y cludwyr yn yr ateb yn cynyddu, mae'r adwaith rhwng ïonau yn yr ateb yn dwysáu, ac mae sefydlogrwydd yr haen ffilm yn lleihau.Wrth i dymheredd yr hydoddiant gynyddu, y lleiaf yw gwerth absoliwt llethr y llinell fras, y mwyaf yw dwysedd y cludwyr yn yr hydoddiant, yr uchaf yw cyfradd y trylediad rhwng ïonau, a'r mwyaf yw nifer y swyddi gwag ïon ar y wyneb yr haen ffilm., a thrwy hynny leihau'r swbstrad metel, sefydlogrwydd a gwrthiant cyrydiad 46,47.
Mae cyfansoddiad cemegol y ffilm yn cael effaith sylweddol ar sefydlogrwydd cationau metel a pherfformiad lled-ddargludyddion, ac mae'r newid yn y tymheredd yn cael effaith bwysig ar ffurfio ffilm dur di-staen.Ar ffig.Mae Ffigur 7 yn dangos sbectrwm XPS llawn haen wyneb ffilm 2205 DSS mewn datrysiad efelychiedig sy'n cynnwys 100 g/L Cl– a CO2 dirlawn.Mae'r prif elfennau mewn ffilmiau a ffurfiwyd gan sglodion ar dymheredd gwahanol yr un peth yn y bôn, a phrif gydrannau'r ffilmiau yw Fe, Cr, Ni, Mo, O, N, a C. Felly, prif gydrannau'r haen ffilm yw Fe , Cr, Ni, Mo, O, N a C. Cynhwysydd gyda Cr ocsidau, Fe ocsidau a hydrocsidau a swm bach o ocsidau Ni a Mo.
Sbectra llawn XPS 2205 DSS a gymerwyd ar dymereddau amrywiol.(a) 30°С, (b) 45°С, (c) 60°С, (d) 75°С.
Mae prif gyfansoddiad y ffilm yn gysylltiedig â phriodweddau thermodynamig y cyfansoddion yn y ffilm goddefol.Yn ôl egni rhwymol y prif elfennau yn yr haen ffilm, a roddir yn y tabl.6, gellir gweld bod copaon sbectrol nodweddiadol Cr2p3/2 wedi'u rhannu'n fetel Cr0 (573.7 ± 0.2 eV), Cr2O3 (574.5 ± 0.3 eV), a Cr(OH)3 (575.4 ± 0. 1 eV) fel a ddangosir yn Ffigur 8a, lle mae'r ocsid a ffurfiwyd gan yr elfen Cr yn brif gydran yn y ffilm, sy'n chwarae rhan bwysig yn ymwrthedd cyrydiad y ffilm a'i pherfformiad electrocemegol.Mae dwysedd brig cymharol Cr2O3 yn yr haen ffilm yn uwch nag un Cr(OH)3.Fodd bynnag, wrth i dymheredd yr hydoddiant solet gynyddu, mae brig cymharol Cr2O3 yn gwanhau'n raddol, tra bod uchafbwynt cymharol Cr(OH)3 yn cynyddu'n raddol, sy'n dangos trawsnewidiad amlwg y prif Cr3+ yn yr haen ffilm o Cr2O3 i Cr(OH) 3, ac mae tymheredd yr ateb yn cynyddu.
Mae egni rhwymol copaon sbectrwm nodweddiadol Fe2p3/2 yn bennaf yn cynnwys pedwar copa o'r cyflwr metelaidd Fe0 (706.4 ± 0.2 eV), Fe3O4 (707.5 ± 0.2 eV), FeO (709.5 ± 0.1 eV) a FeOOH (713.1). eV) ± 0.3 eV), fel y dangosir yn Ffig. 8b, mae Fe yn bresennol yn bennaf yn y ffilm ffurfiedig ar ffurf Fe2+ a Fe3+.Mae Fe2+ o FeO yn dominyddu Fe(II) ar uchafbwyntiau egni rhwymol is, tra bod cyfansoddion Fe3O4 a Fe(III) FeOOH yn dominyddu ar uchafbwynt egni rhwymol uwch48,49.Mae dwyster cymharol brig Fe3+ yn uwch na Fe2+, ond mae dwyster cymharol brig Fe3+ yn gostwng gyda thymheredd hydoddiant cynyddol, ac mae dwyster cymharol brig Fe2+ yn cynyddu, gan ddangos newid yn y prif sylwedd yn yr haen ffilm o Fe3+ i Fe2+ i gynyddu tymheredd yr hydoddiant.
Mae copaon sbectrol nodweddiadol Mo3d5/2 yn bennaf yn cynnwys dau safle brig Mo3d5/2 a Mo3d3/243.50, tra bod Mo3d5/2 yn cynnwys Mo metelaidd (227.5 ± 0.3 eV), Mo4+ (228.9 ± 0.2 eV) a Mo6+ (220.4 ± 4). ), tra bod Mo3d3/2 hefyd yn cynnwys Mo metelaidd (230.4 ± 0.1 eV), Mo4+ (231.5 ± 0.2 eV) a Mo6+ (232, 8 ± 0.1 eV) fel y dangosir yn Ffigur 8c, felly mae'r elfennau Mo yn bodoli yn y falens dros dri cyflwr yr haen ffilm.Mae egni rhwymol copaon sbectrol nodweddiadol Ni2p3/2 yn cynnwys Ni0 (852.4 ± 0.2 eV) a NiO (854.1 ± 0.2 eV), fel y dangosir yn Ffig. 8g yn y drefn honno.Mae brig nodweddiadol N1s yn cynnwys N (399.6 ± 0.3 eV), fel y dangosir yn Ffig. 8d.Mae copaon nodweddiadol O1s yn cynnwys O2- (529.7 ± 0.2 eV), OH- (531.2 ± 0.2 eV) a H2O (531.8 ± 0.3 eV), fel y dangosir yn Ffig. Prif gydrannau'r haen ffilm yw (OH- ac O2 -) , a ddefnyddir yn bennaf ar gyfer ocsidiad neu ocsidiad hydrogen Cr a Fe yn yr haen ffilm.Cynyddodd dwysedd brig cymharol OH- yn sylweddol wrth i'r tymheredd godi o 30°C i 75°C.Felly, gyda chynnydd mewn tymheredd, mae prif gyfansoddiad deunydd O2- yn yr haen ffilm yn newid o O2- i OH- ac O2-.
Ar ffig.Mae Ffigur 9 yn dangos morffoleg arwyneb microsgopig sampl 2205 DSS ar ôl polareiddio potensial deinamig mewn datrysiad model sy'n cynnwys 100 g/L Cl – a CO2 dirlawn.Gellir gweld bod pyllau cyrydiad o wahanol raddau ar wyneb y samplau wedi'u polareiddio ar wahanol dymereddau, mae hyn yn digwydd mewn datrysiad o ïonau ymosodol, a chyda chynnydd yn nhymheredd yr hydoddiant, mae cyrydiad mwy difrifol yn digwydd ar y wyneb y samplau.swbstrad.Mae nifer y pyllau tyllu fesul ardal uned a dyfnder y canolfannau cyrydiad yn cynyddu.
Cromliniau cyrydiad 2205 DSS mewn hydoddiannau model sy'n cynnwys 100 g/l Cl – a CO2 dirlawn ar wahanol dymereddau (a) 30°C, (b) 45°C, (c) 60°C, (d) 75°C c .
Felly, bydd cynnydd mewn tymheredd yn cynyddu gweithgaredd pob cydran o'r DSS, yn ogystal â chynyddu gweithgaredd ïonau ymosodol mewn amgylchedd ymosodol, gan achosi rhywfaint o niwed i wyneb y sampl, a fydd yn cynyddu'r gweithgaredd tyllu., a bydd ffurfio pyllau cyrydiad yn cynyddu.Bydd cyfradd ffurfio cynnyrch yn cynyddu a bydd ymwrthedd cyrydiad y deunydd yn gostwng51,52,53,54,55.
Ar ffig.Mae 10 yn dangos morffoleg a dyfnder tyllu sampl 2205 DSS wedi'i begynu â microsgop digidol maes optegol dyfnder uchel iawn.O ffig.Mae 10a yn dangos bod pyllau cyrydiad llai hefyd yn ymddangos o amgylch pyllau mawr, sy'n dangos bod y ffilm oddefol ar wyneb y sampl wedi'i dinistrio'n rhannol wrth ffurfio pyllau cyrydiad ar ddwysedd cerrynt penodol, a'r dyfnder tyllu uchaf oedd 12.9 µm.fel y dangosir yn Ffigur 10b.
Mae DSS yn dangos gwell ymwrthedd cyrydiad, y prif reswm yw bod y ffilm a ffurfiwyd ar wyneb y dur wedi'i ddiogelu'n dda mewn datrysiad, Mott-Schottky, yn ôl y canlyniadau XPS uchod a llenyddiaeth gysylltiedig 13,56,57,58, y ffilm yn bennaf yn mynd trwy'r canlynol Dyma'r broses o ocsidiad Fe a Cr.
Mae Fe2+ yn hydoddi ac yn gwaddodi'n rhwydd ar y rhyngwyneb 53 rhwng y ffilm a'r hydoddiant, ac mae'r broses adwaith cathodig fel a ganlyn:
Yn y cyflwr cyrydu, mae ffilm strwythurol dwy haen yn cael ei ffurfio, sy'n bennaf yn cynnwys haen fewnol o ocsidau haearn a chromiwm a haen allanol hydrocsid, ac mae ïonau fel arfer yn tyfu ym mandyllau'r ffilm.Mae cyfansoddiad cemegol y ffilm goddefol yn gysylltiedig â'i briodweddau lled-ddargludyddion, fel y dangosir gan gromlin Mott-Schottky, sy'n dangos bod cyfansoddiad y ffilm goddefol yn fath n + p a bod ganddi nodweddion deubegwn.Mae canlyniadau XPS yn dangos bod haen allanol y ffilm goddefol yn bennaf yn cynnwys ocsidau Fe a hydrocsidau sy'n arddangos priodweddau lled-ddargludyddion math n, ac mae'r haen fewnol yn cynnwys Cr ocsidau a hydrocsidau sy'n arddangos priodweddau lled-ddargludyddion math-p yn bennaf.
Mae gan 2205 DSS wrthedd uchel oherwydd ei gynnwys Cr17.54 uchel ac mae'n arddangos graddau amrywiol o bylu oherwydd cyrydiad galfanig microsgopig55 rhwng strwythurau deublyg.Cyrydiad tyllu yw un o'r mathau mwyaf cyffredin o gyrydiad yn DSS, ac mae tymheredd yn un o'r ffactorau pwysig sy'n dylanwadu ar ymddygiad cyrydiad tyllu ac mae'n cael effaith ar brosesau thermodynamig a chinetig yr adwaith DSS60,61.Yn nodweddiadol, mewn datrysiad efelychiedig gyda chrynodiad uchel o Cl- a CO2 dirlawn, mae'r tymheredd hefyd yn effeithio ar ffurfio tyllu a chychwyn craciau yn ystod cracio cyrydiad straen o dan y cracio cyrydiad straen, a phenderfynir ar dymheredd critigol y tyllu i werthuso yr ymwrthedd cyrydiad.DSS.Mae'r deunydd, sy'n adlewyrchu sensitifrwydd y matrics metel i dymheredd, yn cael ei ddefnyddio'n gyffredin fel cyfeiriad pwysig wrth ddewis deunydd mewn cymwysiadau peirianneg.Y tymheredd tyllu critigol cyfartalog o 2205 DSS yn yr hydoddiant efelychiedig yw 66.9 ° C, sydd 25.6 ° C yn uwch na dur gwrthstaen Super 13Cr gyda 3.5% NaCl, ond cyrhaeddodd y dyfnder tyllu uchaf 12.9 µm62.Cadarnhaodd y canlyniadau electrocemegol ymhellach fod rhanbarthau llorweddol yr ongl cam a'r amledd yn culhau gyda thymheredd cynyddol, ac wrth i ongl y cam ostwng o 79 ° i 58 °, mae gwerth y |Z|yn gostwng o 1.26×104 i 1.58×103 Ω cm2.ymwrthedd trosglwyddo tâl Rct gostwng o 2.958 1014 i 2.541 103 Ω cm2, ymwrthedd ateb Rs gostwng o 2.953 i 2.469 Ω cm2, ymwrthedd ffilm Rf gostwng o 5.430 10-4 cm2 i 1.147 10-3 cm2.Mae dargludedd yr ateb ymosodol yn cynyddu, mae sefydlogrwydd yr haen ffilm matrics metel yn lleihau, mae'n hydoddi ac yn cracio'n hawdd.Cynyddodd y dwysedd cerrynt hunan-cyrydu o 1.482 i 2.893 × 10-6 A cm-2, a gostyngodd y potensial hunan-cyrydu o -0.532 i -0.621V.Gellir gweld bod y newid yn y tymheredd yn effeithio ar gyfanrwydd a dwysedd yr haen ffilm.
I'r gwrthwyneb, mae crynodiad uchel o Cl- a hydoddiant dirlawn o CO2 yn cynyddu'n raddol gapasiti arsugniad Cl- ar wyneb y ffilm goddefol gyda thymheredd cynyddol, mae sefydlogrwydd y ffilm passivation yn dod yn ansefydlog, ac mae'r effaith amddiffynnol ar y swbstrad yn mynd yn wannach ac mae'r tueddiad i dyllu yn cynyddu.Yn yr achos hwn, mae gweithgaredd ïonau cyrydol yn yr hydoddiant yn cynyddu, mae'r cynnwys ocsigen yn lleihau, ac mae'n anodd adennill ffilm wyneb y deunydd cyrydu'n gyflym, sy'n creu amodau mwy ffafriol ar gyfer arsugniad pellach o ïonau cyrydol ar yr wyneb.Lleihad deunydd63.Roedd Robinson et al.[64] dangos, gyda chynnydd yn nhymheredd yr ateb, bod cyfradd twf pyllau yn cyflymu, ac mae cyfradd trylediad ïonau yn yr ateb hefyd yn cynyddu.Pan fydd y tymheredd yn codi i 65 ° C, mae diddymiad ocsigen mewn hydoddiant sy'n cynnwys ïonau Cl yn arafu'r broses adwaith cathodig, mae cyfradd y pytio yn cael ei leihau.Ymchwiliodd Han20 i effaith tymheredd ar ymddygiad cyrydiad 2205 o ddur di-staen dwplecs mewn amgylchedd CO2.Dangosodd y canlyniadau fod cynnydd yn y tymheredd yn cynyddu faint o gynhyrchion cyrydiad ac arwynebedd y ceudodau crebachu ar wyneb y deunydd.Yn yr un modd, pan fydd y tymheredd yn codi i 150 ° C, mae'r ffilm ocsid ar yr wyneb yn torri, a dwysedd y craterau yw'r uchaf.Ymchwiliodd Lu4 i effaith tymheredd ar ymddygiad cyrydiad 2205 o ddur di-staen dwplecs o'r goddefiad i'r actifadu mewn amgylchedd geothermol sy'n cynnwys CO2.Mae eu canlyniadau'n dangos, ar dymheredd prawf o dan 150 ° C, bod gan y ffilm ffurfiedig strwythur amorffaidd nodweddiadol, ac mae'r rhyngwyneb mewnol yn cynnwys haen gyfoethog o nicel, ac ar dymheredd o 300 ° C, mae gan y cynnyrch cyrydiad strwythur nanoraddfa .-polycrystalline FeCr2O4, CroOH a NiFe2O4.
Ar ffig.Mae 11 yn ddiagram o'r broses cyrydu a ffurfio ffilm o 2205 DSS.Cyn ei ddefnyddio, mae 2205 DSS yn ffurfio ffilm goddefol yn yr atmosffer.Ar ôl cael ei drochi mewn amgylchedd sy'n efelychu datrysiad sy'n cynnwys hydoddiannau â chynnwys uchel o Cl- a CO2, mae ei wyneb yn cael ei amgylchynu'n gyflym gan ïonau ymosodol amrywiol (Cl-, CO32-, ac ati).).Daeth J. Banas 65 i'r casgliad, mewn amgylchedd lle mae CO2 yn bresennol ar yr un pryd, y bydd sefydlogrwydd y ffilm passivating ar wyneb y deunydd yn gostwng gydag amser, ac mae'r asid carbonig a ffurfiwyd yn tueddu i gynyddu dargludedd ïonau yn y goddefol. haenen.ffilm a chyflymiad hydoddiad ïonau mewn ffilm oddefol.ffilm goddefol.Felly, mae'r haen ffilm ar wyneb y sampl mewn cam ecwilibriwm deinamig o ddiddymu a repassivation66, Cl- yn lleihau cyfradd ffurfio'r haen ffilm wyneb, ac mae pyllau tyllu bach yn ymddangos ar ardal gyfagos arwyneb y ffilm, fel a ddangosir yn Ffigur 3. Dangoswch.Fel y dangosir yn Ffigur 11a a b, mae pyllau cyrydiad ansefydlog bach yn ymddangos ar yr un pryd.Wrth i'r tymheredd godi, mae gweithgaredd ïonau cyrydol mewn hydoddiant ar yr haen ffilm yn cynyddu, ac mae dyfnder y pyllau ansefydlog bach yn cynyddu nes bod yr haen ffilm wedi'i threiddio'n llwyr gan yr un tryloyw, fel y dangosir yn Ffigur 11c.Gyda chynnydd pellach yn nhymheredd y cyfrwng hydoddi, mae cynnwys CO2 toddedig yn yr ateb yn cyflymu, sy'n arwain at ostyngiad yng ngwerth pH yr ateb, cynnydd yn nwysedd y pyllau cyrydiad ansefydlog lleiaf ar wyneb SPP , mae dyfnder y pyllau cyrydu cychwynnol yn ehangu ac yn dyfnhau, ac yn y ffilm passivating ar yr wyneb sampl Wrth i'r trwch leihau, mae'r passivating y ffilm yn dod yn fwy tueddol o pitting fel y dangosir yn Ffigur 11d.A chadarnhaodd y canlyniadau electrocemegol hefyd fod y newid tymheredd yn cael effaith benodol ar gyfanrwydd a dwysedd y ffilm.Felly, gellir gweld bod cyrydiad mewn hydoddiannau dirlawn â CO2 sy'n cynnwys crynodiadau uchel o Cl- yn sylweddol wahanol i gyrydiad mewn hydoddiannau sy'n cynnwys crynodiadau isel o Cl-67,68.
Proses cyrydu 2205 DSS gyda ffurfio a dinistrio ffilm newydd.(a) Proses 1, (b) Proses 2, (c) Proses 3, (d) Proses 4.
Y tymheredd tyllu critigol cyfartalog o 2205 DSS mewn datrysiad efelychiedig sy'n cynnwys 100 g/l Cl – a CO2 dirlawn yw 66.9 ℃, a'r dyfnder tyllu uchaf yw 12.9 µm, sy'n lleihau ymwrthedd cyrydiad 2205 DSS ac yn cynyddu'r sensitifrwydd i bylu.cynnydd tymheredd.
Amser post: Chwefror-16-2023