苛刻腐蚀环境下钛合金钝化膜的稳定性研究

摘要

在高含CO_2、H_2S苛刻环境腐蚀试验分析的基础上,通过钛合金钝化膜的原位电化学测试分析,结合钝化膜/溶液界面第一性原理计算及分子动力学模拟,探讨了钛合金管材钝化膜的热力学稳定性。结果表明:在180℃的高温CO_2和H_2S环境中,钛合金的阳极极化曲线均有明显钝化区,腐蚀反应为阳极反应过程控制,钛合金的腐蚀速率仅分别为0.4μm/a、0.9μm/a,具有良好的抗均匀腐蚀和点蚀性能。相比于CO2腐蚀环境,TC4钛合金在H_2S环境中的腐蚀电流密度相对较高,施主浓度较高,钛合金钝化膜在H_2S环境抗腐蚀性能较差。当吸附达到稳定态后,Cl^-、HCO_3^-和HS-3种腐蚀性离子与TiO_2界面成键主要是由Cl-3p5、O-2p4、S-3p4和Ti-3d2产生电子轨道杂化。随着温度升高、Cl-浓度增大,腐蚀性离子与Ti O2的界面结合能减小,钝化膜的稳定性降低。HS^-与TiO_2的界面结合能相对较负,TC4钛合金钝化膜在H_2S环境中的热力学稳定性相对较差。