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.pdfVIP

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 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EGG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％，Si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：mulijun