形变及敏化处理对304不锈钢钝化膜性能的影响研究

123456aa · 发表于 2022-4-15 15:39:19

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304不锈钢属于亚稳态不锈钢，在加工制造过程中经过冷轧、冷弯、平整等工艺，会使材料的组织结构发生变化影响其耐蚀性。此外，304不锈钢在焊接、焊后热处理或高温环境运行时，会导致材料晶界发生弱化，即发生敏化，同样会导致材料的耐蚀性发生变化。因此，本论文重点研究形变及敏化处理对304不锈钢钝化膜性能的影响，表征其腐蚀性能的变化。以电化学测试为基础，结合微观组织观察、X射线衍射分析、XPS分析及电子背散射衍射分析（EBSD）等方法进行分析研究，并利用点缺陷模型（PDM）进行理论分析验证。敏化处理对不锈钢钝化膜性能影响的研究表明：敏化处理后，304不锈钢晶界有碳化物析出，且耐蚀性下降。不锈钢表层钝化膜呈现半导体性能。在-1.2~0.6V之间，钝化膜表现为p型半导体，其主要缺陷为金属阳离子空位，而在-0.4~0.1V之间表现为n型半导体，其膜中的主要缺陷为氧空位和少量的金属离子间隙。XPS测试表明钝化膜主要组成为Fe和Cr的氧化物。低的成膜电位下为Fe2O3和Cr2O3，高电位下为CrO3和 Fe3O4。与其半导体性能变化规律相同。根据点缺陷模型及Mott-Schotty曲线分析计算得钝化膜中氧空位扩散系数为10-16~10-17cm2s-1。形变对不锈钢钝化膜性能影响的研究表明：304不锈钢经过塑性变形后发生马氏体相变，且其耐蚀性下降。随着变形量增大，材料的耐蚀性先降低而后升高。在40%变形量时其耐蚀性降低40%~50%左右。马氏体含量的变化并不是影响304不锈钢耐蚀性变化的唯一因素。马氏体含量、位错等缺陷、小角度晶界及织构均会对奥氏体相或马氏体相的耐蚀性产生影响。小角度晶界及织构对奥氏体相的耐蚀性影响较大。微区电化学研究结果表明由于马氏体相中含有大量的缺陷导致其耐蚀性低于奥氏体相。根据点缺陷模型（PDM）确定钝化膜总的阻抗为#，将计算所得拟合曲线与实验结果进行比较，发现它们趋势一致，但是存在一定误差。拟合误差存在的主要原因是：不锈钢表层钝化膜是双层结构，拟合所采用的一代点缺陷模型是从单层结构考虑；钝化膜中的缺陷除了氧空位和金属阳离子空位外，还有金属离子间隙，计算中未考虑其影响；计算过程中所考虑的阻抗主要是钝化膜内部障碍层的作用即Cr的氧化物，未考虑外层的作用，例如Fe的氧化物等。对公式进行修正后，加入金属离子间隙的作用，拟合误差由原来的37.3%降到9.53%。

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