摘要
在炼油工业中，氯化铵腐蚀是一类常见的腐蚀问题。NH3和HCl在特定环境下会形成氯化铵颗粒沉积在换热器底部，炼厂通常通过加大注水量来防止氯化铵结垢，与此同时会形成高浓度的氯化铵溶液。2205双相不锈钢(Duplex Stainless Steel，DSS)由于具有良好的焊接性能及耐氯离子应力腐蚀的性能而被应用于换热器管束，因此研究2205 DSS在高浓氯化铵溶液中的点蚀行为具有重要意义。本文结合实际环境选择实验溶液为5 mol·L-1 NH4Cl溶液，利用电化学测试方法，结合表面分析手段对2205 DSS在高浓氯化铵溶液中的点蚀行为进行了研究，主要研究内容及结果如下: 首先，采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱和Mott-Schottky曲线等电化学测试方法，结合SEM和XPS表面分析手段研究了温度对于2205 DSS在高浓氯化铵溶液中点蚀行为的影响。结果表明随着温度升高，材料的点蚀电位从1163.10 mV下降到100.67 mV,耐点蚀能力变差。同时，再钝化电位随着温度升高逐渐下降，45℃温度下点蚀电位和再钝化电位都大幅下降，生成了大量尺寸较小的点蚀坑。当温度升高到75℃时，2205 DSS再钝化能力消失。在此介质中，温度对于钝化膜化学组成的影响主要体现在钝化膜外层，温度升高，钝化膜外层氢氧化物和氧化物的含量均有所降低。 其次，采用化学浸泡法和原位EIS监测研究了浸泡时间对2205 DSS在高浓氯化铵溶液中点蚀行为的影响，并利用SEM和CLSM观察并统计了浸泡100天后材料的点蚀形貌和蚀坑的数量及深度。结果表明，在100天的浸泡周期内，腐蚀始终受电荷转移过程控制。在整个浸泡周期内，极化电阻Rp在不同温度下的变化趋势略有差异。整体来看，低温下Rp先增大而后减小然后趋于稳定。而在高温下，Rp趋于稳定的速度加快，在浸泡中后期变化很小。长期浸泡过程中，钝化膜电阻Rfl随浸泡时间延长先增大后减小，30℃下浸泡100天后钝化膜电阻保持在2.102×105 Ω·cm2。在浸泡中后期发生点蚀，腐蚀产物阻挡了物质迁移，使得电荷转移电阻Rct达到108Ω·cm2。SEM和CLSM结果均表明，在长期浸泡过程中，尽管高温时极化电阻处于较高水平，但是点蚀数量较多，最大蚀坑深度可达 17.296 μm。 最后，采用动电位极化曲线等电化学测试方法，结合SEM等表面分析手段研究了 Na2S的加入对于2205 DSS在高浓氯化铵溶液中点蚀行为的影响。结果表明，Na2S的加入对于2205 DSS的点蚀行为具有双重作用，HS-与Cl-的竞争性吸附作用促进了材料表面钝化膜的生长，使得点蚀电位略有提升，但是钝化电流密度急剧增加，再钝化现象消失，且当Na2S浓度增大到10 mmol·L-1时，2205 DSS的钝化区间消失。Na2S的加入使得腐蚀向内部进行的程度加剧，蚀坑口覆盖的蜂窝状氧化物使得点蚀更加不容易被察觉。此外Na2S的添加改变了 2205 DSS表面钝化膜的化学组成，钝化膜内层Cr2O3含量降低，钝化膜生长不完全，钝化膜外层中出现了一定量的FeS,且铁的氧化物和氢氧化物含量均有所增加，同时Na2S的添加也加速了 Ni和Mo的溶出，在钝化膜外层中出现了 NiO和MoS2。
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