温度、氯离子和铬元素对J55油套管钢钝化膜半导体性能的影响.pdf

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1、2010年11月西安石油大学学报(自然科学版)NOV．2010第25卷第6期JournalofXianShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)Vol_25No．6文章编号：1673-064X(2010)06-0076-05温度、氯离子和铬元素对J55油套管钢钝化膜半导体性能的影响慕立俊，赵文轸(西安交通大学材料科学与工程学院，陕西西安710049)摘要：利用电容测量法及电化学阻抗谱技术研究了温度、氯离子浓度和铬元素对目前广泛使用的J55油套管钢在模拟土壤环境中所成钝化膜半导体性能的影响．结果表明：钝化膜呈现n型半导体特性，随着成膜温度的升高、铬元素的加

2、入和氯离子浓度的增加，Mott．Schottky曲线直线部分的斜率减小，表明膜内杂质密度增加．阻抗谱结果表明：在同一温度下，离子在膜内的传递电阻随着氯离子浓度增加而减小，膜内的扩散系数yW增加；同一氯离子浓度下，随着成膜温度的升高，扩散系数yW减小．表明温度升高、溶液中氯离子浓度的增加以及铬元素的加入会使钝化膜对J55油套管钢基体的保护作用减弱．关键词：J55油套管钢；土壤腐蚀；半导体特性；电化学阻抗谱，中图分类号：TG172文献标识码：A金属材料的腐蚀过程实际上是一个电化学过且近年来腐蚀非常严重，各种侵蚀性很强的阴离子程，包括电子的得失和离子的传递．长庆油田J55油会对钝化膜造成一定的破

3、坏，因此，研究J55油套管套管钢在土壤环境中表面所形成的钝化膜可以减缓钢在土壤环境中所形成钝化膜的半导体性能，对腐离子在其中的传递，从而可以起到保护基体的作用．蚀防治具有一定的指导作用．为此，本文借助于电容通过对表面所成钝化膜半导体性能的研究可以获得测试法和电化学阻抗技术研究了温度、氯离子及铬有关膜的结构或性能方面的信息，进而了解离子在元素对碳钢在碳酸氢钠／碳酸钠缓冲溶液(高pH膜中传递的难易程度，推知膜对基体保护作用的强值)中所形成钝化膜的半导体性能的影响，以期为弱．对金属或合金表面钝化膜半导体性能的研究已目前在长庆油田广泛应用的J55油套管钢在地工况有150多年的历史¨．Val6ria

4、研究了中碳钢在碳下外壁土壤腐蚀的防治提供一定的支持．酸氢钠溶液中所形成钝化膜的半导体特性，发现膜1实验呈n型半导体特性，cr的加入可以增加膜内的施主密度．ZengYM发现X70管线钢在0．5moL／L的电化学测试由EG&G公司的M237A恒电位仪NaHCO溶液中所成钝化膜内的施主密度随溶液中和M5210锁相放大器完成．辅助电极选用大面积石氯离子含量的增加而增加．ChengYF研究发现墨惰性电极，参比电极选用饱和甘汞电极．实验材料A516—70碳钢在铬酸／铬酸盐的缓冲溶液中所成钝选取长庆油田在役J55油套管钢，其化学成分(质化膜呈n型半导体特性，具有深重掺杂特性．量分数)：c为0．34％，S

5、i为0．27％，Mn为1．18％，鉴于J55油套管钢在长庆油田得到了广泛应用P为0．013％，S为0．01％，A1为0．0062％，V为收稿日期：2010-08-20基金项目：中国石油科技创新基金(编号：2008D-5006-02—10)资助作者简介：慕立俊(1969一)，男，博士研究生，高级工程师，主要从事低渗透油气田开发、增产增注、井筒维护、油气田在役管网的腐蚀与防护技术研究．E—mail：mulijunxjtu@126．COB慕立俊等：温度、氯离子和铬元素对J55油套管钢钝化膜半导体性能的影响一77—0．001％，Fe为余量．实验面积为0．785cm．实验中被钝化，随着温度的升高，钝

6、化区间减小，钝化电前，工作电极用SiC水砂纸逐级打磨至2000号，用流增大，表明温度升高，膜对基体的保护作用减弱．蒸馏水清洗，丙酮除油，重蒸馏水清洗，待用．实验前工作电极首先置于一1．2V(VS．SCE)下极化20min以去除试样表面所形成的氧化膜．极化曲线测试的电位范围为一1．2～1．0V(VS．SCE)，扫描速率为2mV／s．钝化膜的制备是将工作电极在钝化电位下成膜2h，电容测试所采用的频率为1kHz，阻抗测量信号幅值为10mV正弦波，电位扫描区间为0～1V，扫描速度为40mV／s．电化学阻抗谱所采用的频率范围为20mHz～100kHz，阻抗测量信号幅值为图1不同温度下J55油套管钢在

7、1maUL碳酸氨钠+10mV正弦波．O．5mal／L碳酸钠缓冲溶液中的极化曲线实验所用介质由分析纯化学试剂和蒸馏水配图2给出了不同温度0．2V极化2h所得钝化制．介质浓度为1mol／LNaHCO+0．5moL／L膜的Matt—Schottky曲线，可以看出，M—s直线部Na2CO3水溶液，1mol／LNaHCO3+0．5mol／L分可以分成t／,和b两段，两段的斜率均为正值，表明Na2CO3+O．01mol／LNaC1水