Pētījums par titāna sakausējuma eļļas urbuma caurules izturību pret koroziju
Titāna sakausējuma izturības pret koroziju būtība ir tāda, ka titāns ir termodinamiski nestabils elements ar standarta elektroda potenciālu tikai -1,63 V (standarta ūdeņraža elektrods HSE). Tāpēc titāns un titāna sakausējumi gaisā vai pat ūdenī ļoti viegli veido nepārtrauktu, blīvu un ļoti plānu virsmas oksīda plēvi, kas sastāv no iekšējā Ti2O3 slāņa un ārējā TiO2 slāņa, un tā turpina sabiezēt notiek redoksreakcija. Oksīda plēve, kas pārklāj titāna sakausējuma virsmu, kavē reakcijas lādiņa pārnesi un samazina vai kavē titāna sakausējuma šķīšanu korozīvā vidē, kā rezultātā notiek pasivēšana.
Tomēr titāna sakausējumam ir lielāks pozitīvais potenciāls nekā citiem sakausējumiem. Savienojot ar dažādiem sakausējumiem, titāna sakausējums tiek aizsargāts kā katods, kas paātrina savienotā metāla koroziju un var izraisīt struktūras bojājumus. Tāpēc vietējie un ārvalstu zinātnieki ir veikuši arī noteiktus pētījumus par titāna sakausējuma izturību pret koroziju urbšanas caurulēs un eļļas apvalkos.
1. Titāna sakausējuma urbšanas caurule
Peng et al. novērtēja titāna sakausējuma urbjcauruļu noguruma rādītājus. Rezultāti parādīja, ka gaisā, palielinoties tērauda klasei, urbšanas caurules noguruma kalpošanas laiks tiks pagarināts, savukārt urbšanas dubļos titāna sakausējuma urbšanas caurules noguruma rādītāji ir vislabākie. 3.a attēlā parādītas dažādu urbšanas cauruļu paraugu noguruma līknes zem istabas temperatūras H2S dubļiem. H2S dubļu klātbūtne ievērojami samazinās katra urbšanas caurules parauga noguruma kalpošanas laiku, norādot, ka urbšanas caurulei ir augsta jutība pret H2S dubļiem. H2S dubļu vidē titāna sakausējuma urbjcauruļu noguruma ilgums ir ievērojami augstāks nekā tērauda urbjcaurulēm, piemēram, G105, S135 un V150. 3.b attēlā ir attēlotas dažādu urbšanas cauruļu SN līknes H2S dubļos 100 grādu leņķī. Salīdzinot ar istabas temperatūras gaisu, G105, S135, V150 un Ti paraugu noguruma kalpošanas laiks ir ievērojami samazināts. H2S dubļu un temperatūras savienojuma koeficientam ir lielāka ietekme uz urbšanas caurules noguruma kalpošanas laiku nekā vienam faktoram. Šādos savienojuma apstākļos titāna urbšanas caurules noguruma kalpošanas laiks joprojām ir lielāks nekā citām urbšanas caurulēm.
3. att. G105, S135, V150 un Ti urbšanas cauruļu paraugu noguruma līknes dažādos darba apstākļos
Chen et al. izmantoja jaunu virsmas apstrādes mikroloka oksidācijas tehnoloģiju, lai oksidācijas šķīdumam pievienotu dažādas koncentrācijas nātrija volframātu, lai veiktu mikroloka oksidēšanu uz TC4 titāna sakausējuma urbjcaurules virsmas. Pētījumi ir parādījuši, ka volframa dopings var efektīvi uzlabot TC4 titāna sakausējuma urbjcaurules cietību un izturību pret koroziju. Un, ja nātrija volframāta koncentrācija ir 3 g/l, vispusīgā mikroloka oksidācijas slāņa darbība uz titāna sakausējuma urbšanas caurules ir vislabākā.
Rezumējot, titāna sakausējuma urbšanas caurules korozijas noguruma kalpošanas laiks augstā temperatūrā un vidē ar augstu sēra saturu ir labāks nekā tērauda urbšanas caurulei, un TC4 titāna sakausējuma virsmas apstrāde var efektīvi uzlabot urbšanas caurules cietību un izturību pret koroziju. Tomēr joprojām ir maz pētījumu par titāna sakausējuma urbjcauruļu korozijas izturības uzlabošanu ar virsmas apstrādi, kas arī sniedz virzienu turpmākiem pētījumiem.
2. Titāna sakausējuma eļļas korpuss
Wang et al. pētīja titāna sakausējuma materiālu TC4, ko var izmantot kā eļļas apvalku. Viņi atklāja, ka skābā korozijas vidē uz TC4 sakausējuma virsmas ir lokāla elektroķīmiskā korozija, galvenokārt punktveida korozija. CO2 saturošā komplektācijas šķidrumā TC4 sakausējuma korozijas pakāpe ir nopietnāka, bet korozijas izturība labāka veidošanās ūdenī, kas satur CO2. Iepriekš minētajos divos CO{5}}saturošajos korozīvos materiālos TC4 sakausējumam ir lieliska izturība pret sprieguma korozijas plaisāšanu. Salīdzinot ar sauszemes vidi, TC4 sakausējums ir jutīgāks pret sprieguma korozijas plaisāšanu dziļjūras vidē.
Tajā pašā laikā Wang et al. pētīja arī TC4 titāna sakausējuma korozijas izturības mehānismu dažādos spriedzes slodzes apstākļos un konstatēja, ka ar elastīgo spriegumu noslogotā parauga virsmā parādījās bedres, bet bedru veidošanās pakāpe bija salīdzinoši neliela, un virsmas plēves slānis parādīja n-veida pusvadītāju. īpašības un tai bija selektīva katjonu caurlaidība. Kad plastiskajam spriegumam pakļautā parauga virsmas bedres bija dziļākas un platākas un virsmas plēves slāņa pusvadītāju tips tika pārveidots par p-tipu, anjoni, piemēram, Cl- un CO32-, tika vieglāk adsorbēti un iznīcināti. aizsargplēvi un saskaras ar substrātu caur aizsargplēvi, kā rezultātā samazinās TC4 titāna sakausējuma izturība pret koroziju.
Šobrīd nekonvencionālo naftas un gāzes atradņu darba apstākļi ir skarbi. Augsta temperatūra samazinās cauruļu un apvalka tecēšanas robežu un elastības moduli, un augsts spiediens palielinās spiedienu caurulēs un apvalkā. Iedarbojoties H2S, CO2 un Cl- atsevišķi vai kopā, cauruļu un korpusa korozija kļūst arvien nopietnāka. Titāna sakausējuma caurules un apvalks var efektīvi atrisināt urbuma korozijas atteices problēmu, taču pašreizējie pētījumi par titāna sakausējuma cauruļu un apvalku izturību pret koroziju joprojām ir nepilnīgi, un tiem ir nepieciešama turpmāka izpēte.
3. Titāna sakausējuma eļļas urbumu caurules
Schutz et al. salīdzināja UNS R55400 sakausējuma cauruļu virkņu izturību pret koroziju ar citām naftas atradņu titāna sakausējuma cauruļu virknēm. UNS R55400 cauruļvadu izstrādes laboratorijas korozijas testa dati parādīja, ka titāna sakausējumam ir uzlabojusies izturība pret SSC un lokālu punktveida koroziju un plaisu koroziju ļoti skābā un bezskābā hlorīdu saturošā ūdens vidē, kas saistīta ar naftas atradņu nozari.
2. tabulā parādītas aptuvenās vides pakalpojumu robežas dažādu veidu titāna sakausējumiem dažādās naftas atradņu vidēs. Var redzēt, ka UNS R55400 un UNS R56404 titāna sakausējumiem ir vislabākā veiktspēja skābā un bezskābā hlorīdu saturošā ūdens vidē, un vislielākā izturība ir UNS R58640 beta titāna sakausējums.
Wei et al. pētīja atkausēšanas temperatūras ietekmi uz Ti-Mo titāna sakausējuma mikrostruktūras attīstību un korozijas izturēšanos sālsskābē. Viņi atklāja, ka, atkvēlināšanas temperatūrai pārsniedzot 850 grādus, uz titāna sakausējuma virsmas izveidojušās MoO3 un TiO2 pasivācijas plēves paātrināja šķīšanu, palielinājās korozijas ātrums un veidojās fāzes un fāzes mikrogalvaniskās šūnas. Turklāt pasivācijas plēve parāda n-veida pusvadītāju īpašības, kas nav atkarīgas no atkausēšanas temperatūras.
Izmantojot iepriekš minētos pētījumu rezultātus, ir konstatēts, ka rūdīšanas temperatūra, augsta skābe un ar skābu hlorīdu bagāta ūdens vide ietekmēs titāna sakausējumu izturību pret koroziju. Šim secinājumam ir vadošā nozīme titāna sakausējuma materiālu optimizācijā nākotnē.
