【磨蚀行为及其防护技术】兰州化物所张广安研究员团队:元素掺杂DLC薄膜在模拟油气田溶液中的耐蚀与耐磨性

科技   2024-08-15 17:03   重庆  




元素掺杂DLC薄膜在模拟油气田溶液中的耐蚀与耐磨性.pdf 





油田采出水中的腐蚀性离子具有极强的渗透性,加速了管道的点蚀与硫化物应力开裂的发生。同时油气开采时还存在着泥沙导致的磨损,泥沙与腐蚀溶液一起导致油气开采时管道内表面的损伤,造成重大的经济损伤和安全风险。通过表面改性在金属表面引入保护膜的方法能有效解决上述问题,然而喷涂和电镀等传统减缓油气开采管道腐蚀的保护膜带来了严重的环境污染,而且不足以应对恶劣的腐蚀环境。类金刚石碳基(DLC)薄膜具有高硬度、高耐磨性及高耐蚀性,是一种优异的油气管道保护材料,N元素掺杂能提高DLC薄膜的韧性和黏合强度,从而防止腐蚀过程中裂纹的扩展,F元素的掺杂能提高DLC薄膜的疏水性,Si元素的掺杂能够形成绝缘氧化硅(SiOx)来提高薄膜致密性。本文通过等离子体增强化学气相沉积技术在SS304方形试样上沉积了H-DLC、F-HDLC、N-HDLC及Si-HDLC 4种元素掺杂的DLC薄膜。将电化学测试、摩擦试验宏观分析技术、拉曼光谱和SEM等形貌结构表征技术相结合,研究了4种元素掺杂DLC薄膜在模拟油气田溶液中的耐蚀性耐磨性
关键词:油气田;管道保护;DLC;耐蚀性;耐磨性;泥沙磨损

论文配图


不同元素掺杂DLC薄膜的拉曼光谱(a~d)及截面形貌(e~h)

不同元素掺杂DLC薄膜的硬度和弹性模量(a)以及弹性系数与塑性系数(b)

不同元素掺杂DLC薄膜与SS304在模拟油气田CO2/H2S/Cl溶液中的动电位极化曲线(a)、电化学阻抗谱(b~d)和等效电路(e~h)

SS304基底与不同元素掺杂DLC薄膜在空气(a、b)与模拟油气田CO2/H2S/Cl溶液(c、d)中的摩擦因数与磨损率

SiO2颗粒形貌(a)与SS304(b)及不同元素掺杂DLC薄膜(c~f)在含有SiO2颗粒的模拟油气田CO2/H2S/Cl溶液中的磨痕形貌


结论

1)通过PECVD技术在SS304基底表面沉积了H-DLC、F-HDLC、N-HDLC和Si-HDLC 4种DLC薄膜,DLC薄膜的沉积显著提高了SS304基底在模拟油气田CO2/H2S/Cl环境中的耐蚀性,沉积薄膜后基底的Jcorr值由1.39×105A/cm2降低至1.38×107A/cm2,DLC薄膜的阻隔作用有效地减缓了基底的腐蚀速率。同时,DLC薄膜的沉积显著降低了SS304基底在与模拟泥沙中SiO2对偶间摩擦的磨损率,薄膜的沉积使磨损率下降了约2个数量级。

2)DLC薄膜在与模拟沙粒的SiO2对偶球间的摩擦时能够形成稳定的转移膜,大幅降低摩擦因数与磨损率,同时不同元素掺杂的DLC薄膜在CO2/H2S/Cl溶液中仍能形成转移膜。

3)向模拟油气田的CO2/H2S/Cl溶液中加入SiO2颗粒后,SS304基底的磨损率大幅提高,磨痕表面发生严重的磨粒磨损,然而DLC薄膜的沉积仍显著减缓了基底的磨损,对油气开采管道的内表面具有良好的保护效果。

引文格式


刘政宇, 丛浩宇, 牟成龙, 等. 元素掺杂 DLC 薄膜在模拟油气田溶液中的耐蚀与耐磨性[J]. 表面技术, 2024, 53(11): 35-44.

LIU Zhengyu, CONG Haoyu, MOU Chenglong, et al. Corrosion Resistance and Wear Resistance of Element Doped DLC Films in Simulated Oil and Gas Field Solution[J]. Surface Technology, 2024, 53(11): 35-44.


【扫码关注我们

编辑 | 邓李旸

审核 | 汪   潇

表面云社区
《表面技术》由中国兵器装备集团有限公司主管,西南技术工程研究所主办,主要报道腐蚀与防护、摩擦磨损与润滑、精密与超精密加工、表面功能化等内容,为EI收录期刊、Scopus数据库收录期刊、CSCD核心库期刊、中文核心期刊、中国科技核心期刊等
 最新文章