1. 動電位(wei)極化曲線分析
不同固溶處理后的2205雙相不銹鋼在不同溫度的3.5%NaCl溶液中的極化曲線如圖5.7所示。
從圖5.7中可以看出，不同固溶處理的2205雙相不銹鋼在20℃、30℃、45℃的3.5%NaCI溶液中都存在一定范圍的鈍化區，且彼此的鈍化區間相差不大。但是，當3.5%NaCl溶液的溫度提升至60℃時，（950℃、1000℃、1100℃、1150℃)/30min 固溶處理的雙相(xiang)不銹鋼的鈍化范圍與1050℃/30min 固溶處理的雙相不銹鋼的鈍化范圍相比，其明顯變窄。這說明隨著溶液溫度的升高，1050℃/30min固溶處理的雙相不銹鋼的鈍化膜更加穩定。
根據GB 4334.9-1984,當腐蝕電流密度達到0.1mA/c㎡時，此時曲線上所對應的電位值就是點蝕電位。結合GB 4334.9-1984和圖5.7,得到不同固溶處理的2205雙相不銹鋼在不同溫度的3.5%NaCl溶液中的點蝕電位，如圖5.8和表5.3所示。
從(cong)圖5.8中可以(yi)看出(chu)，隨(sui)著3.5%NaCl溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)升(sheng)高(gao)，不(bu)(bu)同固(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)(de)點蝕(shi)(shi)電位(wei)(wei)下(xia)降(jiang)(jiang)。并且(qie)可以(yi)看出(chu)，當溫(wen)度(du)(du)從(cong)20℃升(sheng)高(gao)至45℃時(shi)，不(bu)(bu)同固(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)(de)點蝕(shi)(shi)電位(wei)(wei)下(xia)降(jiang)(jiang)的(de)(de)(de)趨(qu)勢較為平緩；當3.5%NaCl溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)進一步升(sheng)高(gao)至60℃時(shi)，（950℃、1000℃、1100℃、1150℃)/30min固(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)(de)點蝕(shi)(shi)電位(wei)(wei)急劇下(xia)降(jiang)(jiang)，而1050℃/30min固(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)(de)點蝕(shi)(shi)電位(wei)(wei)下(xia)降(jiang)(jiang)趨(qu)勢依(yi)然平緩，這說明隨(sui)著溶(rong)(rong)液溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)升(sheng)高(gao)，1050℃/30min 固(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)(de)點蝕(shi)(shi)敏感(gan)性較低，且(qie)鈍化(hua)膜更加穩定。
從(cong)表5.3中也可(ke)以看(kan)出(chu)，對(dui)于950℃/30min固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)而(er)(er)言(yan)，當(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)液的(de)(de)溫(wen)度(du)從(cong)20℃升(sheng)(sheng)(sheng)高至(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)60℃時，其點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位從(cong)1.0784V下降(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)0.56967V,降(jiang)(jiang)(jiang)幅(fu)為(wei)0.50873V;對(dui)于1000℃/30min固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)而(er)(er)言(yan)，當(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)液的(de)(de)溫(wen)度(du)從(cong)20℃升(sheng)(sheng)(sheng)高至(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)60℃時，其點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位從(cong)1.084V下降(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)0.57095V,降(jiang)(jiang)(jiang)幅(fu)為(wei)0.51305V;對(dui)于1050℃/30min固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)而(er)(er)言(yan)，當(dang)3.5%NaCI溶(rong)(rong)液的(de)(de)溫(wen)度(du)從(cong)20℃升(sheng)(sheng)(sheng)高至(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)60℃時，其點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位從(cong)1.1348V下降(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)0.89279V,降(jiang)(jiang)(jiang)幅(fu)為(wei)0.24171V;對(dui)于1100℃/30min 固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)而(er)(er)言(yan)，當(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)液的(de)(de)溫(wen)度(du)從(cong)20℃升(sheng)(sheng)(sheng)高至(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)60℃時，其點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位從(cong)1.1255V下降(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)0.49891V,降(jiang)(jiang)(jiang)幅(fu)為(wei)0.62659V;對(dui)于1150/30min℃固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)而(er)(er)言(yan)，當(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)液的(de)(de)溫(wen)度(du)從(cong)20℃升(sheng)(sheng)(sheng)高至(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)60℃時，其點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位從(cong)1.073V下降(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)0.65157V,降(jiang)(jiang)(jiang)幅(fu)為(wei)0.42143V.綜上所(suo)述(shu)可(ke)以看(kan)出(chu)，1050℃/30min固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位較(jiao)高，以及點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位隨著溶(rong)(rong)液溫(wen)度(du)升(sheng)(sheng)(sheng)高而(er)(er)下降(jiang)(jiang)(jiang)的(de)(de)幅(fu)值較(jiao)低(di)，說明其1050℃固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)敏感性(xing)(xing)較(jiao)低(di)。而(er)(er)950℃/30min、1000℃/30min、1100℃/30min、1150℃/30min 固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)的(de)(de)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位都比1050℃/30min固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)的(de)(de)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位低(di)，耐點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)性(xing)(xing)能有(you)所(suo)下降(jiang)(jiang)(jiang)。
1050℃/30min固(gu)溶處理的2205雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)在20℃3.5%NaCl溶液中極化(hua)后的點蝕形貌如圖(tu)5.9所(suo)示。圖(tu)中淡色部分為奧(ao)氏(shi)體，深色部分為鐵素體，黑色部分為點蝕坑。
從圖5.9中可以看，點蝕易發生于鐵素體和鐵素體－奧氏體晶界處，并且點蝕易向鐵素體中發展。在雙相不銹鋼中，Cr、Mo、N是主要的耐點蝕元素，鐵素體含有更多量的Cr和Mo;而奧氏體還有更多的Ni和Mn,并且N元素富集于奧氏體相中，提高局部腐蝕抗力。雙相不銹鋼的耐點蝕當量值可由“PREN=％Cr+3.3×%Mo+16×%N”計算得到，耐點蝕當量值越高，雙相不銹鋼的耐點蝕能力越強。隨著固溶處理的溫度的升高，鐵素體的含量逐漸增加，而奧氏體的含量不斷減少，造成鐵素體中的Cr、Mo被稀釋，導致鐵素體的耐點蝕當量逐漸降低；而隨著固溶處理溫度的升高，奧氏體的含量降低，造成奧氏體中的N濃度升高，奧氏體耐點蝕當量逐漸升高。
雙(shuang)相不銹鋼(gang)中含有較(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)含量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Cr和(he)Mo,在(zai)氧化性(xing)(xing)(xing)介質中其(qi)表(biao)面會生成(cheng)一層鈍化膜(mo)保護基體(ti)。由于CI-對(dui)鈍化膜(mo)存(cun)在(zai)破壞(huai)性(xing)(xing)(xing)，甚至通過鈍化膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)間隙，與(yu)基體(ti)金屬接觸，使得(de)基體(ti)發(fa)生溶解。鈍化膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩定(ding)性(xing)(xing)(xing)能(neng)夠反(fan)(fan)映(ying)其(qi)對(dui)金屬的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)保護程度(du)，而(er)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電位(wei)能(neng)夠反(fan)(fan)映(ying)鈍化膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩定(ding)性(xing)(xing)(xing)。通常情況下，點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電位(wei)越(yue)高(gao)，金屬的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)越(yue)好(hao)。由第3章(zhang)可知，當(dang)固溶處理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫度(du)為(wei)(wei)1050℃時(shi)(shi)，2205雙(shuang)相不銹鋼(gang)基體(ti)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含量(liang)與(yu)奧氏體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含量(liang)之(zhi)比(bi)約為(wei)(wei)1:1,且鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素體(ti)和(he)奧氏體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)布(bu)(bu)較(jiao)(jiao)(jiao)均(jun)勻，Cr和(he)Mo在(zai)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素體(ti)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含量(liang)分(fen)布(bu)(bu)和(he)N在(zai)奧氏體(ti)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含量(liang)分(fen)布(bu)(bu)較(jiao)(jiao)(jiao)均(jun)勻，整體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)當(dang)量(liang)較(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)，表(biao)現出較(jiao)(jiao)(jiao)好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)。當(dang)固溶處理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫度(du)為(wei)(wei)950℃時(shi)(shi)，大量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)σ相會沿著(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素體(ti)－奧氏體(ti)晶界析出，而(er)σ相是一種(zhong)硬脆相，其(qi)周圍會存(cun)在(zai)貧(pin)鉻區，它的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)存(cun)在(zai)顯著(zhu)降低材料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)力學性(xing)(xing)(xing)能(neng)和(he)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)，且σ相的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)析出使其(qi)存(cun)在(zai)區域的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鈍化膜(mo)薄弱，使得(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電位(wei)較(jiao)(jiao)(jiao)低，點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)更容易發(fa)生。當(dang)固溶處理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫度(du)升(sheng)高(gao)至1150℃時(shi)(shi)，基體(ti)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含量(liang)百(bai)分(fen)比(bi)為(wei)(wei)59%,而(er)奧氏體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含量(liang)百(bai)分(fen)比(bi)為(wei)(wei)41%,鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素體(ti)含量(liang)過多，導致鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)當(dang)量(liang)下降，造成(cheng)耐(nai)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)下降。
2. 交流阻抗(kang)測試分析
不同固溶處理的2205雙相不銹鋼在不同溫度的3.5%NaCl溶液中的Nyquist圖如圖5.10所示。從圖5.10中可以看出，在不同溫度的3.5%NaCl溶液中的不同固溶處理的雙相不銹鋼的Nyquist圖中的高頻和低頻處，都存在一個容抗弧，說明雙相不銹鋼表面存在一層鈍化膜。所以該電化學過程中，存在兩個時間常數。并且，曹楚南的電化學阻抗譜分析也認為，不銹鋼鈍化過程存在兩個時間常數，這與本實驗所測數據是一致的。而本實驗的電化學阻抗測試是在雙相不銹鋼自鈍化狀態下進行的，而雙相不銹鋼在自腐蝕電位下形成的表面鈍化膜是存在缺陷的，材料表面由于缺陷的存在而暴露于電解質溶液中，所以采用如圖5.11所示的等效電路（其中，R1為溶液電阻；R2為電荷轉移電阻；R3為鈍化膜電阻；Cdl為雙電層電容；Cf為鈍化膜膜電容）。
根據(ju)圖(tu)5.11的(de)等效(xiao)電路，利(li)用軟件ZSimpWin進行阻(zu)抗(kang)(kang)的(de)擬合，得到如圖(tu)5.12所示(shi)的(de)電荷轉(zhuan)移電阻(zu)曲(qu)線圖(tu)和如圖(tu)5.13所示(shi)的(de)鈍化膜(mo)阻(zu)抗(kang)(kang)值(zhi)(zhi)曲(qu)線圖(tu)。電荷轉(zhuan)移電阻(zu)阻(zu)抗(kang)(kang)值(zhi)(zhi)和鈍化膜(mo)阻(zu)抗(kang)(kang)值(zhi)(zhi)如表(biao)5.4所列。
從圖5.12中可以(yi)看出，隨(sui)著3.5%NaCl溶(rong)液溫度的(de)升高，不同固溶(rong)處理的(de)雙(shuang)相不銹鋼的(de)電(dian)化(hua)學反應(ying)(ying)的(de)電(dian)荷轉移電(dian)阻降(jiang)(jiang)低，電(dian)化(hua)學反應(ying)(ying)的(de)阻力下降(jiang)(jiang)，電(dian)化(hua)學反應(ying)(ying)變快。耐蝕性能下降(jiang)(jiang)。
從圖5.13中可以看出，隨著3.5%NaCl溶液溫度的升高，不同固溶處理的雙相不銹鋼的鈍化膜阻抗值下降，鈍化膜穩定性變差，雙相不銹鋼的耐點蝕性能下降。一方面，O2在溶液中的溶解度隨著溫度的升高而降低，當NaCI溶液的溫度升高時，溶液中含氧量降低，導致雙相不銹鋼表面鈍化膜形成所需的O元素下降，降低鈍化膜形成的可能性；另一方面，隨著溶液溫度的升高，鈍化膜的溶解速度升高，導致雙相不銹鋼的耐點蝕性能下降。
從表(biao)5.4中(zhong)可以看出；不(bu)銹鋼的(de)電(dian)化(hua)學反應的(de)電(dian)荷轉移電(dian)阻(zu)阻(zu)抗值遠小于不(bu)銹鋼的(de)鈍(dun)化(hua)膜阻(zu)抗值，說明雙相不(bu)銹鋼在0.5mol/L 3.5%NaCl溶(rong)液中(zhong)的(de)耐蝕性主要是由其(qi)表(biao)面(mian)的(de)鈍(dun)化(hua)膜的(de)穩定性決(jue)定。
從圖5.12和圖5.13中可以看(kan)出，1050℃/30min固(gu)溶處理(li)的(de)(de)(de)雙相(xiang)不銹鋼的(de)(de)(de)鈍化膜(mo)阻(zu)抗(kang)值和電(dian)荷轉移電(dian)阻(zu)阻(zu)抗(kang)值較(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)，說(shuo)明(ming)1050℃/30min固(gu)溶處理(li)的(de)(de)(de)試(shi)樣(yang)的(de)(de)(de)鈍化膜(mo)較(jiao)(jiao)(jiao)穩(wen)(wen)定，電(dian)化學反應阻(zu)力較(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)，腐(fu)蝕速(su)率(lv)較(jiao)(jiao)(jiao)慢，耐(nai)蝕性能較(jiao)(jiao)(jiao)好(hao)。而950℃固(gu)溶處理(li)的(de)(de)(de)試(shi)樣(yang)中存在較(jiao)(jiao)(jiao)多σ相(xiang)，降低了表面的(de)(de)(de)鈍化膜(mo)的(de)(de)(de)穩(wen)(wen)定性，表現(xian)出較(jiao)(jiao)(jiao)低的(de)(de)(de)鈍化膜(mo)阻(zu)抗(kang)值；同時在其周圍存在貧(pin)鉻區(qu)，加速(su)了腐(fu)蝕，表現(xian)出較(jiao)(jiao)(jiao)低的(de)(de)(de)電(dian)荷轉移電(dian)阻(zu)值。對于(yu)1150℃/30min 固(gu)溶處理(li)的(de)(de)(de)試(shi)樣(yang)，其組織(zhi)中含(han)有過量(liang)的(de)(de)(de)鐵素體，導致耐(nai)點蝕當量(liang)降低，點蝕電(dian)位(wei)較(jiao)(jiao)(jiao)1050℃/30min固(gu)溶處理(li)的(de)(de)(de)雙相(xiang)不銹鋼的(de)(de)(de)點蝕電(dian)位(wei)低。
以上結果(guo)(guo)表明，阻抗測(ce)試結果(guo)(guo)與極化曲線測(ce)試得到的結果(guo)(guo)是一致(zhi)的，二者都說明1050℃/30min固溶(rong)處(chu)理的試樣的耐(nai)點蝕性(xing)能較好。
