N80钢化学镀Ni—Fe—P的抗CO2腐蚀性能研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２２卷第５期　化工ＷＦＵ　Ｖｏ１．２２，Ｎｏ．５　２００８年５月　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｔｉｍｅｓ　Ｍａｙ．５．２００８　Ｎ８０钢化学镀Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ的抗Ｃ　Ｏ２腐蚀　性能研究　尤郭群　李春福　任　海　秦永妮　（１．西南石油大学材料科学与工程学院，四川成都６１０５００；２．油气藏地质及开发工程国家重点实验室　（西南石油大学），四川成都６１０５００；３．大庆石油管理局地球物理勘探公司，黑龙江大庆１６３００２）　摘要采用腐蚀失重法和电化学测试方法评价了裸样Ｎ８０油套管钢及其化学镀Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ防腐层的抗ＣＯ　腐蚀　性能。结果表明，在抗ＣＯ　腐蚀方面，Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ镀层的腐蚀趋势比裸样的腐蚀趋势小，腐蚀电流密度和腐蚀速率低，　即化学镀Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ试样的抗ＣＯ　腐蚀性能优于裸样的抗ＣＯ　腐蚀性能。　关键词Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ镀层ＣＯ　腐蚀极化曲线　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　ＣＯ２　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ　Ｐｌａｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ　Ｃｏａｔｉｎｇ　ｏｎ　Ｓｔｅｅｌ　ＮＳ０　Ｙｏｕ　Ｇｕｏｑｕｎ　Ｌｉ　Ｃｈｕｎｆｕ　Ｒｅｎ　Ｈａｉ　Ｑｉｎ　Ｙｏｎｇｎｉ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１０５００；　２．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｏｉｌ　ａｎｄ　Ｇａｓ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ（Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ），　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１０５００；３．Ｄａｑｉｎｇ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｄａｑｉｎｇ　１６３００２）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　ＣＯ２　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　Ｎ８０　ｓｔｅｅｌ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ａｎｄ　ｗｉｔｈ　Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｗａｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｂｙ　ＣＯＩＴＯ—　ｓｉｏｎ　ｗｅｉｇｈｔ—ｌｏｓｓ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｔｅｓｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｈｔｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　ＣＯ２　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｎｉ—Ｆｅ　—Ｐ　ｃｏａｔｅｄ　Ｎ８０　ｓｔｅｅｌ　ｗａｓ　ｂｅｔｔｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｂａｒｅ　Ｎ８０　ｓｔｅｅｌ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍｅｒ　ｗｅｒｅ　ｌｏｗｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌａｔｅｒ　ｓａｍｐｌｅ．Ｔｈｅ　Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｐｏｓｓｅｓｓｅｄ　ｍｕｃｈ　ｂｅｔｔｅｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　ＣＯ２　ｃｏｒ－　ｒｏｓｉｏｎ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｂａｒｅ　ｓａｍｐｌｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ　ｃｏａｔｉｎｇ　ＣＯ２　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｃｕｒｖｅ　ＣＯ：腐蚀是世界石油天然气工业中常见的一种　蚀性能等特点，目前已在各行业中广泛应用＿８　Ｊ。但　腐蚀类型，也是困扰我国石油天然气工业发展的一个　施镀过程中，由于镀液不稳定造成镀层质量波动，导　极为突出的问题＿ｌ　Ｊ，由此造成的经济损失非常巨　致镀层孑Ｌ隙率升高。在腐蚀介质中，由于铁与镍之间　大。为了解决这一问题，国内外很多单位在广泛研究　的电位差，往往会在镀层孑Ｌ隙位置与Ｆｅ基体形成腐　ＣＯ　腐蚀机理、腐蚀特征及影响因素的基础上，提出　蚀电池，加速材料的腐蚀穿孔进程，造成工件失效。　了一系列腐蚀防护措施，如使用耐蚀合金管材、注入　Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ三元化学镀比Ｎｉ—Ｐ化学镀具有更优越　缓蚀剂、阴极保护、采用涂镀层等　Ｊ。　的性能及更特殊的应用功能　¨，显示出更广阔的　目前，关于涂镀层的研究和应用越来越广　应用前景。　泛　、７　Ｊ，尤其是化学镀Ｎｉ—Ｐ镀层，其结晶组织硬度　本文以酸性Ｎｉ—Ｐ镀液为基本镀液，适当加入其　高，化学稳定性好，镀层均匀，且有较高的耐磨损抗腐　它成分（ＭｇＳＯ　等微量物质）的新镀液配方，采用化　收稿日期：２００８—０３—２５　作者简介：尤郭群（１９８２～），女，硕士生，研究方向为材料的腐蚀与防护Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｏｕｇｕｏｑｕｎ１９８２＠１２６．ｃｏｎｒ　一２０—　维普资讯 http://www.cqvip.com 尤郭群等Ｎ８０钢化学镀Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ的抗ＣＯ　腐蚀性能研究　２００８．Ｖｏ１．２２，Ｎｏ．５　Ｉ盈目圃　学镀Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ工艺对油田常用的Ｎ８０油套管钢进　行防腐处理，以提高其抗腐蚀性能。针对裸样Ｎ８０　钢及化学镀Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ油管钢２种试样，通过电化学　线性极化法和常规的静态高温高压釜腐蚀失重法，将　２种试样进行抗腐蚀性能对比，从而确定化学镀Ｎｉ—　Ｆｅ—Ｐ油管钢的耐蚀性，希望能对油套管钢的抗ＣＯ　腐蚀性问题起到一定的参考作用。　Ⅱ实验材料及方法　试验采用Ｎ８０钢裸样及其化学镀Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ两　种试样。Ｎ８０钢化学成分（质量分数）为Ｃ：０．２４％，　ｓｉ：０．２２％，Ｍｎ：１．１９％，Ｍｏ：０．０２１％，Ｎｉ：０．０２８％，　Ｎｂ：０．００６％，Ｖ：０．０１７％，Ｔｉ：０．Ｏ１１％，静态高压釜浸　泡试样和电化学试样规格均为２５　ｍｍ×２０　ｍｍ×　３　ｍｍ。将Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ镀试样用丙酮脱脂后，冷风吹　干待用；将裸样采用２００＃、４００＃、６００＃、８００＃、１　Ｏｏ０＃水　砂纸逐级打磨，丙酮脱脂，冷风吹干待用。　化学镀Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ合金镀液组成及操作条件为　ＮｉＳＯ４・７Ｈ２０：１５—３０　ｇ／Ｌ，ＮａＨ２ＰＯ２・Ｈ２０：１５—　３５　ｇ／Ｌ，ＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２０：１０—２５　ｇ／Ｌ，有机酸：１０　—２０　ｇ／Ｌ，稳定剂：１—５　ｍｇ／Ｌ，表面活性剂：０．１—　０．５　ｍｇ／Ｌ，微量ＭｇＳＯ　；镀液ｐＨ值为４．０—５．０，温度　为８０—９０℃，沉积速度为７—９￣．ｍ／ｈ，载荷量为１．０　—１．５　ｄｍ　／Ｌ。将裸样施镀６　ｈ，在表面形成３５—　４０　胂的Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ化学镀层。　腐蚀试验装置采用自制的４０　ＭＰａ，２５０℃静态高　温高压釜；腐蚀介质的组成为ＮａＨＣＯ，３．Ｏ１１　ｇ／Ｌ，　ＣａＣ１２　０．０９７　ｇ／Ｌ，ＮａＣ１　２．７１４　ｇ／Ｌ，ＭｇＣ１２・６Ｈ２０　０．６９４　ｇ／Ｌ。试样腐蚀脱膜后的表面形貌观察在Ｐｈｉｌ—　ｉｐｓ　ＸＬ　３０ｗ／　ＭＰ扫描电镜上进行。　电化学测试采用３电极恒电位法，参比电极为饱　和甘汞电极，辅助电极为Ｐｔ电极，极化曲线测定采用　上海正方ＺＦ一３恒电位仪、ＺＦ一１０数据采集器、ＺＦ一　４电位扫描信号发生器，利用正方软件进行采集数据　的计算分析。将试样装入夹具中，使试样裸露面积为　１　ｃｍ　，并采用特殊夹具以避免试样与夹具间的缝隙　腐蚀。电解质与腐蚀失重试验的腐蚀介质相同，试验　温度控制在６０±１℃。试验前预先通人高纯Ｎ　预除　０　２　ｈ以上，然后再通人高纯ＣＯ　，使介质中ＣＯ　达　到饱和。　目绪星　堑　２．１腐蚀失重试验　通过高温高压釜模拟油田ＣＯ　腐蚀环境，采用　腐蚀失重法评价两种试样的腐蚀速率。平均腐蚀速　率公式为：　一Ｖ＝　＝—　－　（１）（）　式中：　一平均腐蚀速率，ｇ／（ｍ　・ｈ）；　一试样腐蚀　前的质量，ｇ；　一腐蚀并除去腐蚀产物后试样的质　量，ｇ；Ｓ一为试样暴露在腐蚀环境中的面积，ｍ　；　ｔ一腐蚀时间，ｈ。　为了比较密度不同的金属材料的耐腐性，通常采　用腐蚀深度表示腐蚀速率，其公式为　／ｐ　－８＿７６×　（２）　式中：　一用腐蚀深度表示腐蚀速率，ｍ・ｎ／ａ；Ｖ一一腐　蚀的失重指标，ｇ／（ｍ　・ｈ）；ｐ一材料的密度，ｇ／ｃｍ　。　温度为６０℃，系统总压为３５　ＭＰａ，ＣＯ　为饱和状　态，试验时间为４　ｄ的腐蚀试验条件下，两种试样的　平均腐蚀速率结果见表１。Ｎ８０裸样的腐蚀速率为　１４．０２７　０８眦ｎ／ａ，而Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ镀试样仅为　０．００６　１５　ｍＩｎ／ａ，据ＮＡＣＥ—ＲＰ～０７７５—９１标准对腐　蚀程度的规定，裸样属于极严重腐蚀（腐蚀速率　＞０．２５４眦ｎ／ａ），而Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ镀试样仅为轻度腐蚀　（腐蚀速率＜０．０２５　ｍｌｎ／ａ）。　表１　两种试样的腐蚀速率　试样名称　试　积　Ｎ８０裸样　１２．５０８　ｏ７　１０．９１０　６５　１．５９７　４２　０．００ｌ　３１６　１４．０２７　０８　Ｎ　Ｐ　ｌ４＿ｏ８０　４９　ｌ４＿ｏ７９　７０　０．７９　４ｏ７　ｏ．ｏｏ６　５　两种试样腐蚀脱膜后的表面形貌如图１所示，其　中（ａ）、（ｂ）分别为Ｎ８０裸样、Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ镀试样腐蚀　脱膜后的表面形貌。从图１可以看出，裸样表面有　很深的坑，存在严重的局部腐蚀，而Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ镀　试样表面平整仍有金属色泽，说明腐蚀并不严重。　两种试样的腐蚀速率和腐蚀脱膜后的表面形貌都　证明Ｍ—Ｆｅ—Ｐ镀试样的抗ＣＯ　腐蚀性能明显优　于Ｎ８０裸样。　一２１—　维普资讯 http://www.cqvip.com

■置圃２００８．Ｖｏ１．２２，Ｎｏ．５　（ａ）Ｎ８Ｏ裸样　（ｂ】Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ镀试样　图１　两种试样腐蚀脱膜后的表面形貌　２．２电化学试验——极化曲线测量　腐蚀速率的电化学测试方法大部分都是以腐蚀　速度方程式为理论基础的。不同的极化区域，腐蚀速　度方程式有不同的形式。在极化曲线的强极化区，外　加电流密度与电极极化呈Ｔａｆｅｌ关系，在ＡＥ—ｌｏｇ　ｉ半　对数坐标上是一条直线。强极化区测试方法是一最　经典的腐蚀速度电化学测试方法，较为简单方便，能　较好地通过白腐蚀电位、Ｔａｆｅｌ斜率等参数评价金属　的腐蚀性能，其最重要的优点¨　是，由于电极上只有　一个电极反应在进行，所以测得的极化曲线只反映这　一个电极反应在所测量的电位区间的动力学特征，数　据处理也比弱极化区的测量简单。　图２是６０ｃＩ：时两种试样的极化曲线。从图中可　以看出，与裸样相比，Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ镀试样的白腐蚀电　位明显正移（向上），说明腐蚀倾向减弱；极化曲线左　移，说明腐蚀电流密度小，耐蚀性优于裸样。　图２　６０ｃＩ：时两种试样的极化曲线　高压釜腐蚀失重法测试结果和腐蚀脱膜后的表　一２２一　科技进展（Ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　面形貌观察证明了Ｎ８０钢的Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ镀试样的抗　ＣＯ　腐蚀性能明显优于裸样。　电化学测试方法中的Ｔａｆｅｌ外推法测试结果显　示，Ｎ８０钢Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ镀试样的白腐蚀电位较裸样有　明显正移，极化阻抗高，说明其腐蚀趋势和腐蚀速率　较低，进一步证明了Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ镀试样比Ｎ８０钢具　有更好的抗ＣＯ　腐蚀性能。　参考文献　［１］赵国仙，严密林，路民旭，等．石油天然气工业中ＣＯ：腐　蚀的研究进展［［】］．腐蚀与防护，１９９８，１９（２）：５１～５４　［２］　张学元，王凤平，于海燕，等．二氧化碳腐蚀与防腐对策　研究［Ｊ］．腐蚀与防腐，１９９７，１８（３）：１０４～１０７　［３］　Ｍ　Ｂ　Ｋｅｒｍａｎ　ａｎｄ　Ａ．Ｍｏｒｓｈｅｄ．Ｃａｒｂｏｎ　Ｄｉｏｘｉｄｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｉｎ　ｏｉｌ　Ｇａｓ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ—Ａ　Ｃｏｍｐｅｎｄｉｕｍ　Ｃｆｉｔｉｃ￣Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｃｏｒ－　ｒｏｓｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，２００３，　（５９）８：６５９～６８３　［４］李国敏，李爱魁，郭兴莲，等．油气田开发中的ＣＯ　腐蚀　及防治技术［［Ｊ］．材料保护，２００３，３６（６）：１～４　［５］路民旭，赵新伟，赵国仙，等．油气采集储运中的腐蚀现　状及典型案例［Ｊ］．腐蚀与防护，２００３，２３（３）：３６～加　［６］　赵国仙，严密林，李平全，等．油田ＣＯ　腐蚀环境中的选　材评价［Ｊ］．腐蚀科学与防护技术，２０００，１２（４）：２４Ｏ～　２４２　［７］张学元，邸超，雷良才．二氧化碳腐蚀与控制［Ｍ］．北京：　化学工业出版社，２０００，１０４～１０５　［８］李宁．化学镀实用技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，　２００４，１～３　［９］李春福，王斌，代加林，等．Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ化学镀层结构及　抗ＣＯ２腐蚀性能研究［Ｊ］．表面技术，２００４，３３（３）：１９～　２１　［１０］涂抚洲，蒋汉瀛．Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ，Ｎｉ—Ｗ—Ｐ合金与镀层性　能［Ｊ］．材料保护，１９９９，３２（１０）：１２～１３　［１１］高诚辉，周白杨．不同成分Ｎｉ—Ｆｅ—Ｐ镀层的结构和性　能［Ｊ］．中国有色金属学报，１９９６，６（３）：８１～８５　［１２］　曹楚南．腐蚀电化学［Ｍ］．北京：化学工业出版社，　１９９４．６６～６７