淺談電化學腐蝕行為研究

1 實驗方法

采用 316L 不銹鋼、鉬鐵、Ni 板、金屬 Cr 和氮化鐵 等原材料，在中頻感應爐中熔煉，澆注后試樣的化學成份 如表 1 所示。

采用SX2-4-10Z型箱式電阻爐（上海博訊提供）將試樣進行 1180℃保溫 2 小時后水冷的固溶處理。試樣采用 Murakami 試劑刻蝕， 在型號為 Olympus XJP-300 的光學電子顯微鏡上觀察其 顯微組織。采用 CHI650C 電化學工作站進行極化曲線測 試，采用典型的三電極體系，輔助電極為 Pt 電極，參比電極 為飽和 KCl 甘汞電極（SCE）。腐蝕介質為 3.5%NaCl 溶液， 溶液溫度采用恒溫水浴控制，水浴溫度分別設置為 20℃， 30℃，40℃和 60℃，初始電位為-800 mV，以 5mV／s 的速率 向陽極掃描，至 1200mV 結束。

2 實驗結果與討論

2.1 材料的組織

1180℃固溶處理后的顯微組織?；疑?體組織為鐵素體組織，白色無規則圓塊組織為奧氏體組 織，組織中未觀察到其他新相。采用 EDS 分析鉻、鉬和鎳 元素在鐵素體、奧氏體相中的含量，并采用合金元素分配 系數 KM 來表示合金元素在兩相中的分布，鉻、鉬和鎳元素 的分配系數分別為 1.21、1.52 和 0.68。鉻是形成鐵素體的 主導元素，由鉻的分配系數 1.21 可知鐵素體相中含有很高 的鉻，鉬元素對形成鐵素體相不起主導作用，鉬在鐵素體 相的含量較高，鉬在高溫下其擴散能力比鉻元素強，鉬會 向奧氏體相擴散。鎳是強奧氏體 形成元素，由鎳的分配系數 0.68 可知，鎳在奧氏體中的含量遠遠 大于鐵素體中的含量。

2.2 溫度對含氮不銹鋼耐蝕化平臺

表明試樣在 3.5%的 NaCl 溶液中具有較好的鈍化 性能，試樣在低溫時，維持鈍化的區間較寬。極化曲線過了 d 點后，腐蝕電流密度急劇上升并不斷增大，d 點電位為試 樣的點蝕電位 Eb，此時試樣表面發生了穩態點蝕。試樣在 20℃時的點蝕電位為 1.2V，30℃時為 1.1V，40℃時為 1V，在 60℃時的點蝕電位為 0.3V，由此可見，隨著溫度的升高，點 蝕電位逐漸降低，點蝕電位 Eb 降低，說明試樣發生點蝕的 傾向增大，與 20℃溫度下試樣的 Eb 相比，60℃下 Eb 降低最 多，降幅高達 0.6V，其次是 40℃和 30℃。Eb 為點蝕發生的 可能性和傾向性提供了評價依據，點蝕電位為在鈍化金屬 表面上能引起點狀腐蝕的最低電位值稱為點蝕電位。由此 可知，隨著溫度的升高，不銹鋼發生點蝕的可能性和傾向 增大。另一方面溫度升高， 氧在水中的溶解氧降低，使得受到破壞的鈍化膜不能再次 被鈍化。氧的溶解量、溶液中離子的運動速度、溶液溫度是 影響不銹鋼表面腐蝕電流密度的主要因素，溫度越高，溶 解氧含量越低，溶液中離子運動速度越快，試樣表層腐蝕 電流密度越大，材料的耐蝕性越差。試樣在 20℃、30℃和 40℃溶液中時，H2O 和 O2 容易在氧化膜上吸附，試樣的鈍 化膜完整，當溫度升高至 60℃時，試樣從活化區（曲線 bc 部分）之后直接進入鈍化區，且鈍化區間很短，在 0.1V 左 右發生點蝕，溫度升高，點蝕電位越低。另外，溫度的升高 導致的溶解氧含量下降進而降低了鈍化膜表面微觀區域 的 pH 值，影響鈍化膜的穩定性。溫度越高，Cl離子活動能 力增強，與表面鈍化膜的碰撞幾率越大，可以把鈍化膜中 的氧排擠掉，與鈍化膜中的陽離子結合形成可溶性的化合 物，誘發點蝕，使鈍化膜對機體的保護作用減弱。由此可 知，溫度對不銹鋼表面鈍化膜形成有很大的影響，一般而 言，鈍態不銹鋼表面的鈍化膜處于不斷溶解和修復的平衡狀態。在含有 Cl的溶液中，Cl一般優先吸附在鈍化膜上， 把氧原子排擠掉，和鈍化膜中的陽離子結合成可溶性氯化 物，新露出的金屬基底則形成點蝕源，進一步發展為點蝕 坑，溫度的升高提高了 Cl的吸附，使得不銹鋼鈍化膜的穩 定性受到破壞，材料的耐蝕性急劇下降。

3 結論

本文采用電化學工作站測試了含氮不銹鋼在 20℃- 60℃溫度下在 3.5%NaCl 溶液中的耐蝕性能。結論如下：
（1）隨著溶液溫度的升高，試樣的腐蝕電位逐漸降低， 試樣發生腐蝕的傾向增大。
（2）試樣的腐蝕電流密度隨著溶液溫度升高而增大，材 料的耐蝕性能下降。
（3）試樣在較低的溶液中，在表層易于形成難溶化合 物，產生鈍化現象；隨著溫度的升高，溶液中氧含量降低， Cl離子運動速率增大，不銹鋼表面的反應變得劇烈，材料 的耐腐蝕能力急劇下降。