浅谈电化学腐蚀行为研究

1 实验方法

采用 316L 不锈钢、钼铁、Ni 板、金属 Cr 和氮化铁 等原材料，在中频感应炉中熔炼，浇注后试样的化学成份 如表 1 所示。

采用SX2-4-10Z型箱式电阻炉（上海博讯提供）将试样进行 1180℃保温 2 小时后水冷的固溶处理。试样采用 Murakami 试剂刻蚀， 在型号为 Olympus XJP-300 的光学电子显微镜上观察其 显微组织。采用 CHI650C 电化学工作站进行极化曲线测 试，采用典型的三电极体系，辅助电极为 Pt 电极，参比电极 为饱和 KCl 甘汞电极（SCE）。腐蚀介质为 3.5%NaCl 溶液， 溶液温度采用恒温水浴控制，水浴温度分别设置为 20℃， 30℃，40℃和 60℃，初始电位为-800 mV，以 5mV／s 的速率 向阳极扫描，至 1200mV 结束。

2 实验结果与讨论

2.1 材料的组织

1180℃固溶处理后的显微组织。灰色基 体组织为铁素体组织，白色无规则圆块组织为奥氏体组 织，组织中未观察到其他新相。采用 EDS 分析铬、钼和镍 元素在铁素体、奥氏体相中的含量，并采用合金元素分配 系数 KM 来表示合金元素在两相中的分布，铬、钼和镍元素 的分配系数分别为 1.21、1.52 和 0.68。铬是形成铁素体的 主导元素，由铬的分配系数 1.21 可知铁素体相中含有很高 的铬，钼元素对形成铁素体相不起主导作用，钼在铁素体 相的含量较高，钼在高温下其扩散能力比铬元素强，钼会 向奥氏体相扩散。镍是强奥氏体 形成元素，由镍的分配系数 0.68 可知，镍在奥氏体中的含量远远 大于铁素体中的含量。

2.2 温度对含氮不锈钢耐蚀化平台

表明试样在 3.5%的 NaCl 溶液中具有较好的钝化 性能，试样在低温时，维持钝化的区间较宽。极化曲线过了 d 点后，腐蚀电流密度急剧上升并不断增大，d 点电位为试 样的点蚀电位 Eb，此时试样表面发生了稳态点蚀。试样在 20℃时的点蚀电位为 1.2V，30℃时为 1.1V，40℃时为 1V，在 60℃时的点蚀电位为 0.3V，由此可见，随着温度的升高，点 蚀电位逐渐降低，点蚀电位 Eb 降低，说明试样发生点蚀的 倾向增大，与 20℃温度下试样的 Eb 相比，60℃下 Eb 降低最 多，降幅高达 0.6V，其次是 40℃和 30℃。Eb 为点蚀发生的 可能性和倾向性提供了评价依据，点蚀电位为在钝化金属 表面上能引起点状腐蚀的最低电位值称为点蚀电位。由此 可知，随着温度的升高，不锈钢发生点蚀的可能性和倾向 增大。另一方面温度升高， 氧在水中的溶解氧降低，使得受到破坏的钝化膜不能再次 被钝化。氧的溶解量、溶液中离子的运动速度、溶液温度是 影响不锈钢表面腐蚀电流密度的主要因素，温度越高，溶 解氧含量越低，溶液中离子运动速度越快，试样表层腐蚀 电流密度越大，材料的耐蚀性越差。试样在 20℃、30℃和 40℃溶液中时，H2O 和 O2 容易在氧化膜上吸附，试样的钝 化膜完整，当温度升高至 60℃时，试样从活化区（曲线 bc 部分）之后直接进入钝化区，且钝化区间很短，在 0.1V 左 右发生点蚀，温度升高，点蚀电位越低。另外，温度的升高 导致的溶解氧含量下降进而降低了钝化膜表面微观区域 的 pH 值，影响钝化膜的稳定性。温度越高，Cl离子活动能 力增强，与表面钝化膜的碰撞几率越大，可以把钝化膜中 的氧排挤掉，与钝化膜中的阳离子结合形成可溶性的化合 物，诱发点蚀，使钝化膜对机体的保护作用减弱。由此可 知，温度对不锈钢表面钝化膜形成有很大的影响，一般而 言，钝态不锈钢表面的钝化膜处于不断溶解和修复的平衡状态。在含有 Cl的溶液中，Cl一般优先吸附在钝化膜上， 把氧原子排挤掉，和钝化膜中的阳离子结合成可溶性氯化 物，新露出的金属基底则形成点蚀源，进一步发展为点蚀 坑，温度的升高提高了 Cl的吸附，使得不锈钢钝化膜的稳 定性受到破坏，材料的耐蚀性急剧下降。

3 结论

本文采用电化学工作站测试了含氮不锈钢在 20℃- 60℃温度下在 3.5%NaCl 溶液中的耐蚀性能。结论如下：
（1）随着溶液温度的升高，试样的腐蚀电位逐渐降低， 试样发生腐蚀的倾向增大。
（2）试样的腐蚀电流密度随着溶液温度升高而增大，材 料的耐蚀性能下降。
（3）试样在较低的溶液中，在表层易于形成难溶化合 物，产生钝化现象；随着温度的升高，溶液中氧含量降低， Cl离子运动速率增大，不锈钢表面的反应变得剧烈，材料 的耐腐蚀能力急剧下降。