【摘 要】
：
日趋苛刻的油气开采环境,特别是高含硫油气藏开采环境,对油井管用材的要求越来越高,传统材料已经无法满足特殊工况对油井管材质的需求。而我国是世界上钛资源大国,是世界上钛资源储量最为丰富的国家之一,其合金具有高强度、低密度等特点,并且由于其表面能够快速形成一层几纳米到几十纳米厚的氧化膜,在防腐方面表现尤为优异,成为苛刻腐蚀环境中的理想材料。但在苛刻腐蚀环境中,钛合金也会存在不同程度被腐蚀的现象。目前,对
论文部分内容阅读
日趋苛刻的油气开采环境,特别是高含硫油气藏开采环境,对油井管用材的要求越来越高,传统材料已经无法满足特殊工况对油井管材质的需求。而我国是世界上钛资源大国,是世界上钛资源储量最为丰富的国家之一,其合金具有高强度、低密度等特点,并且由于其表面能够快速形成一层几纳米到几十纳米厚的氧化膜,在防腐方面表现尤为优异,成为苛刻腐蚀环境中的理想材料。但在苛刻腐蚀环境中,钛合金也会存在不同程度被腐蚀的现象。目前,对耐蚀合金的腐蚀性评价仍以传统的方式为主,且其钝化膜比较薄,其电化学腐蚀界面特征有待从原子尺度上进行分析。本文主要利用Materials Studio软件,基于密度泛函理论,构建CO2-H2S-Cl-腐蚀体系中腐蚀性离子(Cl-、HS-、S2-、HCO3-与CO32-)在钛合金（TC4）钝化膜表面吸附模型,模拟研究各腐蚀性离子在钛合金表面钝化膜上的吸附特性,并根据电化学测试结果对模拟计算结果进行验证,进而从原子尺度上揭示钛合金在苛刻腐蚀环境中的耐蚀机理。第一性原理计算结果表明:Cl-、HS-、S2-、HCO3-与CO32-五种腐蚀性离子在Ti O2（110）、Ti O2（100）及Ti O2（001）面最优吸附位置均为桥位,其次是穴位及顶位。当离子吸附达到稳定态后,Cl-、HS-、S2-、HCO3-与CO32-中的Cl、S、O原子与Ti O2中的Ti原子之间存在较强的电荷作用,电荷是从Ti原子附近转移到Cl、O、S原子附近,界面成键原因为Cl-3p~5、S-3p~4、O-2p~4和Ti-3d~2之间发生电子轨道杂化,且吸附机理为化学吸附。Cl-、HS-、S2-、HCO3-及CO32-与Ti O2（110）、Ti O2（100）、Ti O2（001）面的界面结合能大小均为:S2-＞CO32-＞Cl-＞HS-＞HCO3-,因此在含有S2-的体系中,钛合金更易遭受侵蚀,其次依次为CO32-、Cl-、HS-与HCO3-。相对于Ti O2（100）和Ti O2（001）面,五种侵蚀性离子与Ti O2（110）面的结合能最小,进一步说明金红石型Ti O2三个低指数表面中最稳定表面为Ti O2（110）面。电化学测试结果表明:TC4钛合金在腐蚀介质仅为Na Cl溶液中的电荷转移电阻Rct值最大,其次为Na Cl+Na2CO3腐蚀环境,Na Cl+Na2S环境中Rct值次之,Na Cl+Na2S+Na2CO3环境中的Rct值最小。TC4钛合金在Na Cl+Na2S+Na2CO3环境中的腐蚀电流密度较其他三种腐蚀环境大,甚至比这三种环境中较小的腐蚀电流密度值高出一个数量级。同时TC4钛合金在Na Cl溶液、Na Cl+Na2CO3溶液、Na Cl+Na2S溶液及Na Cl+Na2S+Na2CO3溶液中的自腐蚀电位依次降低。由此可见,TC4钛合金在四种腐蚀环境中的耐蚀性为Na Cl＞Na Cl+Na2CO3＞Na Cl+Na2S＞Na Cl+Na2S+Na2CO3,这与上述数值模拟计算结果有很好的一致性。通过电化学测试对数值模拟计算结果的准确性进行了验证,并表明各腐蚀性离子对TC4钛合金的侵蚀性大小为:S2-＞CO32-＞Cl-,即TC4钛合金在含H2S环境中将遭受较为严重的腐蚀,其次是含CO2环境,含Cl-环境次之,而CO2-H2S-Cl-体系中各离子间的交互作用将进一步加剧对TC4钛合金的侵蚀。
其他文献
随着全球经济的快速发展,环境污染和传统能源危机是目前人类社会面临的主要挑战。作为清洁能源的核能被认为是未来能源结构的重要组成部分,但核能利用中潜在的放射性碘元素对生态环境具有严重威胁,限制了核能的广泛应用,因此,开发高效安全的碘吸附材料对清洁能源的可持续发展具有十分重要的意义。另一方面,为了满足新能源技术发展中对储能器件越来越高的要求,高性能储能器件的开发成为新能源高效利用的关键。其中,超级电容器
高熵合金（HEAs）是近年来采用多主元混合法发展起来的新型合金材料,通常由5种或5种以上近等摩尔比的元素组成。HEAs的多主元特性,使得其具有异于传统单一主元合金的结构特征,表现出抗辐照、抗氧化、抗腐蚀、耐高温、组织稳定等优异性能,因而具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景。另外,HEAs的高熵效应在减少合金相的形成方面起到了重要的作用,使得HEAs主要由单一的固溶体结构组成。元素半径的差异也造成了H
在二维纳米材料中,锡烯由于其优异的性能受到人们的关注,例如热电性、拓扑超导性、巨磁电阻以及在室温下的量子反常霍尔效应。然而,锡烯的零带隙的特点极大程度地限制了其在场效应晶体管和其他纳米电子器件方面的应用。因此寻找一种打开锡烯相当大的带隙并同时保持其载流子迁移率的方法对锡烯在场效应晶体管和其他纳米电子器件中的应用是非常重要的。本文采用基于密度泛函理论并考虑范德华力修正的第一性原理计算,研究了外电场作
钛合金具有比强度高、耐腐蚀等优异性能而被广泛应用于航空航天领域,同时也在重型机械工件性能提升方面发挥着关键作用。但钛合金本身存在着硬度低、耐磨性差等缺点,严重阻碍其作为关键零部件在特定领域的应用。高熵合金具有优异的高温耐磨性能、高温抗氧化性能、耐腐蚀性能等,近年来已成为材料领域的研究热点。本文采用激光熔覆技术在Ti-6Al-4V（TC4）表面分别制备Al CoxCr Fe NixTi B与Al C
本文以Ti-Al-V-Mo-Zr钛合金钻杆为研究对象,采用理论计算和试验相结合的方法获得了钛合金钻杆材料的相变点,采用OM、SEM、TEM等方式对固溶时效后钛合金钻杆材料的显微组织、力学性能和疲劳行为及断裂机理进行了研究,得到的主要结论如下:（1）通过计算法、模拟相图法、连续升温金相法得到了钛合金钻杆材料的相变点,为965±5℃。980℃×1h/FC→920℃×1h/AC、980℃/1000℃×1
超级13Cr马氏体不锈钢因其优异的耐蚀性能成为低含H2S的CO2环境中的首选材料。然而,点蚀诱发的应力腐蚀开裂是造成油气井中超级13Cr马氏体不锈钢失效的主要原因。研究发现,预先制备钝化膜能够有效提升超级13Cr马氏体不锈钢耐蚀性。因此,本论文通过改变酸洗处理参数和预钝化参数提升预钝化后的超级13Cr马氏体不锈钢耐蚀。利用光学显微镜、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS
亚共晶Al-Si合金具有密度低、成型性好、铸造性能和抗腐蚀性优异等优点,同时能够满足制造高质量复杂零件的要求,是现代工业中一种非常优良的轻量化结构材料。但是,Al-Si二元合金很难满足在高速率、大功率下高强耐磨的性能需求,合金的应用范围受到限制。通过合金化和材料复合技术可有效提高合金的强度以及耐磨性,然而传统的增强颗粒与Al基体存在润湿性较差,摩擦学性能的提升明显不足等问题。因此,新型复合材料的设
镁及镁合金作为最轻的工程结构金属材料,具有许多优异的性能,在航空航天、汽车和医疗等领域具有广阔的应用前景,被誉为21世纪的绿色结构材料。然而,镁及镁合金由于其密排六方的晶体结构,很大程度上影响了其位错运动的滑移系数量,导致其存在塑性变形能力差、高温强度低等缺点,这严重限制了镁及镁合金在各个领域中的广泛应用。研究表明,金属基复合材料能够有效改善金属合金的强塑性。近年来,利用碳纳米管、石墨烯等纳米相增
本文借助自动埋弧焊机、拉伸试验机及冲击试验机等设备,研究了两种焊接工艺下,低合金调质高强钢焊接接头各区域的基本力学性能,包括显微硬度、拉伸性能和冲击性能等,同时结合OM和SEM等设备研究了低合金调质高强钢焊接接头各区域的显微组织及断口形貌,并分析了力学性能与对应组织、断口的关系,为低合金调质高强钢焊接接头的安全服役提供了理论支撑。焊接试验结果表明:两种焊接工艺的接头均成型良好,接头焊缝区组织主要由
氢能作为一种高效的清洁能源,被认为是未来的理想储能材料。储氢是制约氢能应用的瓶颈。水合肼（N2H4·H2O）具有高储氢容量（8wt%）、材料费用低、不产生任何固体副产物的特性,因此成为新型化学储氢材料,引起众多学者的关注。目前,在N2H4·H2O分解制氢反应中,负载型催化剂具有优异的催化性能,而载体的选取则是决定其催化性能的关键。然而载体对活性金属的影响尚处于初步探讨阶段,并未进行详细的研究。因此