0Cr15Ni5Cu3Nb不锈钢在Cl－介质中的点蚀行为

李元松，杨树和，黄 鑫，方明敏

（扬州大学 机械工程学院，江苏 扬州 225127）

0 引言

0Cr15Ni5Cu3Nb不锈钢以其优良的耐蚀性能广泛应用于管道、航空等领域，工作在高温、高湿的腐蚀性环境中［1］。在特定的环境下，如Cl－存在时，其常常会产生点蚀，点蚀可以作为裂纹源，引起设备过早破坏，甚至发生灾难性事故。

用电化学法测量该不锈钢的点蚀，化学浸泡法选择质量分数为6% 的FeCl3溶液［2］。为防止试验过程中因腐蚀产物、试验参数选择等原因的影响，故同时采用电化学测量法和化学浸泡法两种方法［3］。

1 实验方法

1.1 实验材料

以0Cr15Ni5Cu3Nb 不锈钢为主要研究对象，其化学成分见表1。

表1 0Cr15Ni5Cu3Nb不锈钢的化学成分（质量分数） %

1.2 试样制备

将材料加工成Φ30 mm×2 mm 的圆形试样片。逐级打磨后，水洗并用丙酮除油，去离子水清洗后吹干。选择质量分数为50%的硝酸钝化液进行常温化学钝化，钝化时间为30min。

1.3 测试方法

动电位实验介质是质量分数为3.5% 的NaCl标准溶液，实验在电位稳定后进行，从自腐蚀电位开始扫描，扫描速率为120mV／min。

FeCl3浸泡实验参照GB433417－1984。

2 实验结果与讨论

2.1 动电位极化实验

2.1.1 动电位阳极氧化曲线

图1为两种试样的阳极氧化曲线，由图1可以看出，两个曲线都分为3段区域［4］。第一区域位于腐蚀电位附近，两条极化电流随着极化电位的增大而增加，受电子转移的电化学活化控制。第二区域中，极化电流虽随极化电位的升高而增大，但极化曲线的斜率越来越小，这时两个试样的电极化过程阻力增大。第三区域中，极化电位进一步升高，曲线出现转折点，出现了点蚀，极化曲线2在外加电位达到1 138mV 左右时出现了拐点，此时腐蚀电流不像曲线1那样出现点蚀，并稳定了一段时间，在此期间钝化膜的修复和被Cl－破坏呈现一个接近平衡的状态，这是钝化后点蚀击穿电位升高的原因。可见采取适当钝化工艺，可提高该钢在Cl－介质中的耐点蚀性能。

图1 两种试样的阳极氧化曲线

2.1.2 SEM 分 析

图2、图3 分别为两种试样的表面形貌。由图2、图3可明显看出未钝化的试片表面有许多小鳞片状凸起，从而导致表面形貌的不完整，而硝酸钝化的试片表面显得较为平整，有效清除了材料表面微观凸起部分，降低了表面粗糙度和表面物理缺陷可能造成的活性点，在一定程度上避免了在含有Cl－的腐蚀介质中形成的局部点蚀。

2.2 FeCl3 浸泡实验

2.2.1 腐蚀速率

采用FeCl3溶液作为点蚀的加速实验溶液，用失重法计算出各个腐蚀时间的腐蚀速率。腐蚀速率曲线见图4，各组试样腐蚀速率见表2。

图2 未钝化的试样表面形貌

图3 钝化的试样表面形貌

图4 试样不同时段的腐蚀速率曲线

由表2和图4中可以明显看出，试样在前12h的腐蚀速率非常快，但在36h后腐蚀速率趋于平缓，两者相差将近3倍。这表明：对于0Cr15Ni5Cu3Nb不锈钢基于氯离子环境下的腐蚀，初期阶段是防护的重点。

表2 各组试样腐蚀速率

2.2.2 SEM 分 析

由于闭塞电池效应［5，6］，内层形成的金属氯化物溶液更加浓缩，这种富集Cl－的溶液可以使被腐蚀的金属表面断续的维持活性。随着时间的推移，不仅初生蚀孔自身长大外，还会在内壁形成核并产生新的点蚀小孔，如图5所示。新核形成使蚀孔迅速穿进，以至穿透壁厚。所以防止0Cr15Ni5Cu3Nb 不锈钢点蚀，要避免Cl－集中，比如加快阀门或管道中含有Cl－溶液的流动性。

图5 蚀孔内新核的形成

3 结论

（1） 适 当 的 钝 化 工 艺 有 效 清 除 了0Cr15Ni5Cu3Nb不锈钢表面微观凸起部分，一定程度上避免了由于Cl－形成的局部点蚀。

（2）对于0Cr15Ni5Cu3Nb不锈钢基于氯离子环境下的腐蚀，开始阶段的腐蚀速率要比末期快，所以初期阶段是防护的重点。

（3）富集Cl－的溶液不仅可以使0Cr15Ni5Cu3Nb不锈钢表面的初生蚀孔自身长大外，还在初生蚀孔内壁形成核并产生新的点蚀小孔。

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