李元松，楊樹(shù)和，黃 鑫，方明敏

（揚(yáng)州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127）

0 引言

0Cr15Ni5Cu3Nb不銹鋼以其優(yōu)良的耐蝕性能廣泛應(yīng)用于管道、航空等領(lǐng)域，工作在高溫、高濕的腐蝕性環(huán)境中［1］。在特定的環(huán)境下，如Cl－存在時(shí)，其常常會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)蝕，點(diǎn)蝕可以作為裂紋源，引起設(shè)備過(guò)早破壞，甚至發(fā)生災(zāi)難性事故。

用電化學(xué)法測(cè)量該不銹鋼的點(diǎn)蝕，化學(xué)浸泡法選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6% 的FeCl3溶液［2］。為防止試驗(yàn)過(guò)程中因腐蝕產(chǎn)物、試驗(yàn)參數(shù)選擇等原因的影響，故同時(shí)采用電化學(xué)測(cè)量法和化學(xué)浸泡法兩種方法［3］。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

以0Cr15Ni5Cu3Nb 不銹鋼為主要研究對(duì)象，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 0Cr15Ni5Cu3Nb不銹鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

1.2 試樣制備

將材料加工成Φ30 mm×2 mm 的圓形試樣片。逐級(jí)打磨后，水洗并用丙酮除油，去離子水清洗后吹干。選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的硝酸鈍化液進(jìn)行常溫化學(xué)鈍化，鈍化時(shí)間為30min。

1.3 測(cè)試方法

動(dòng)電位實(shí)驗(yàn)介質(zhì)是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5% 的NaCl標(biāo)準(zhǔn)溶液，實(shí)驗(yàn)在電位穩(wěn)定后進(jìn)行，從自腐蝕電位開(kāi)始掃描，掃描速率為120mV／min。

FeCl3浸泡實(shí)驗(yàn)參照GB433417－1984。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 動(dòng)電位極化實(shí)驗(yàn)

2.1.1 動(dòng)電位陽(yáng)極氧化曲線

圖1為兩種試樣的陽(yáng)極氧化曲線，由圖1可以看出，兩個(gè)曲線都分為3段區(qū)域［4］。第一區(qū)域位于腐蝕電位附近，兩條極化電流隨著極化電位的增大而增加，受電子轉(zhuǎn)移的電化學(xué)活化控制。第二區(qū)域中，極化電流雖隨極化電位的升高而增大，但極化曲線的斜率越來(lái)越小，這時(shí)兩個(gè)試樣的電極化過(guò)程阻力增大。第三區(qū)域中，極化電位進(jìn)一步升高，曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，出現(xiàn)了點(diǎn)蝕，極化曲線2在外加電位達(dá)到1 138mV 左右時(shí)出現(xiàn)了拐點(diǎn)，此時(shí)腐蝕電流不像曲線1那樣出現(xiàn)點(diǎn)蝕，并穩(wěn)定了一段時(shí)間，在此期間鈍化膜的修復(fù)和被Cl－破壞呈現(xiàn)一個(gè)接近平衡的狀態(tài)，這是鈍化后點(diǎn)蝕擊穿電位升高的原因?？梢?jiàn)采取適當(dāng)鈍化工藝，可提高該鋼在Cl－介質(zhì)中的耐點(diǎn)蝕性能。

圖1 兩種試樣的陽(yáng)極氧化曲線

2.1.2 SEM 分 析

圖2、圖3 分別為兩種試樣的表面形貌。由圖2、圖3可明顯看出未鈍化的試片表面有許多小鱗片狀凸起，從而導(dǎo)致表面形貌的不完整，而硝酸鈍化的試片表面顯得較為平整，有效清除了材料表面微觀凸起部分，降低了表面粗糙度和表面物理缺陷可能造成的活性點(diǎn)，在一定程度上避免了在含有Cl－的腐蝕介質(zhì)中形成的局部點(diǎn)蝕。

2.2 FeCl3 浸泡實(shí)驗(yàn)

2.2.1 腐蝕速率

采用FeCl3溶液作為點(diǎn)蝕的加速實(shí)驗(yàn)溶液，用失重法計(jì)算出各個(gè)腐蝕時(shí)間的腐蝕速率。腐蝕速率曲線見(jiàn)圖4，各組試樣腐蝕速率見(jiàn)表2。

圖2 未鈍化的試樣表面形貌

圖3 鈍化的試樣表面形貌

圖4 試樣不同時(shí)段的腐蝕速率曲線

由表2和圖4中可以明顯看出，試樣在前12h的腐蝕速率非?？欤?6h后腐蝕速率趨于平緩，兩者相差將近3倍。這表明：對(duì)于0Cr15Ni5Cu3Nb不銹鋼基于氯離子環(huán)境下的腐蝕，初期階段是防護(hù)的重點(diǎn)。

表2 各組試樣腐蝕速率

2.2.2 SEM 分 析

由于閉塞電池效應(yīng)［5，6］，內(nèi)層形成的金屬氯化物溶液更加濃縮，這種富集Cl－的溶液可以使被腐蝕的金屬表面斷續(xù)的維持活性。隨著時(shí)間的推移，不僅初生蝕孔自身長(zhǎng)大外，還會(huì)在內(nèi)壁形成核并產(chǎn)生新的點(diǎn)蝕小孔，如圖5所示。新核形成使蝕孔迅速穿進(jìn)，以至穿透壁厚。所以防止0Cr15Ni5Cu3Nb 不銹鋼點(diǎn)蝕，要避免Cl－集中，比如加快閥門或管道中含有Cl－溶液的流動(dòng)性。

圖5 蝕孔內(nèi)新核的形成

3 結(jié)論

（1） 適 當(dāng) 的 鈍 化 工 藝 有 效 清 除 了0Cr15Ni5Cu3Nb不銹鋼表面微觀凸起部分，一定程度上避免了由于Cl－形成的局部點(diǎn)蝕。

（2）對(duì)于0Cr15Ni5Cu3Nb不銹鋼基于氯離子環(huán)境下的腐蝕，開(kāi)始階段的腐蝕速率要比末期快，所以初期階段是防護(hù)的重點(diǎn)。

（3）富集Cl－的溶液不僅可以使0Cr15Ni5Cu3Nb不銹鋼表面的初生蝕孔自身長(zhǎng)大外，還在初生蝕孔內(nèi)壁形成核并產(chǎn)生新的點(diǎn)蝕小孔。

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