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江蘇大學魯金忠團隊腐蝕頂刊：激光沖擊強化顯著提升馬氏體不銹鋼耐蝕性能！

2022-10-18 14:39:51 作者：材料科學與工程來源：材料科學與工程分享至：

馬氏體不銹鋼由于其優良的機械性能和耐蝕性，在渦輪葉片、油氣閥、蒸汽發生器、核電站等行業中得到了廣泛應用。然而，較高的Cr含量和少量C元素在回火的過程中可能導致富Cr碳化物和貧Cr區的形成，最終導致局部點蝕的發生。激光沖擊強化技術(LSP: Laser shock peening)，作為一種較新的表面塑性變形強化技術，通過改變表層材料的微觀組織和殘余應力狀態進而影響金屬材料的腐蝕行為。針對馬氏體不銹鋼的LSP強化處理，近年來的研究主要集中在LSP帶來的殘余壓應力、力學/疲勞性能的改善以及晶粒細化等方面，很少有研究涉及LSP誘導的表面改性對馬氏體不銹鋼腐蝕性能的影響。先前的研究表明，LSP誘導的超高應變率激光沖擊波可以使得富Cr碳化物發生明顯的碳化物碎化和溶解現象。此外，由于C和Cr元素在納米晶和高密度位錯中的快速擴散率，塑性變形誘導的納米碳化物析出變得有可能。上述微觀組織的變化都極大地影響著馬氏體不銹鋼的腐蝕行為，因此，有必要系統地研究LSP引起的基體和碳化物的變化對AISI 420馬氏體不銹鋼腐蝕性能的影響。

來自江蘇大學的王長雨博士(第一作者)和魯金忠教授(通訊作者)等人研究了LSP對AISI 420馬氏體不銹鋼表面粗糙度、殘余應力、微觀組織以及電化學/長時間浸泡腐蝕行為(3.5 wt.% NaCl溶液)的影響。通過透射電鏡觀察和能譜元素面掃，對激光沖擊波作用下馬氏體基體和碳化物的變化進行了表征；利用對動電位極化曲線和不同浸泡時間下電化學阻抗譜的測量分析腐蝕行為；并對浸泡后的腐蝕表面進行詳盡的點蝕坑表征和鈍化膜成分分析；最后討論了LSP誘導的多種表面改性對AISI 420馬氏體不銹鋼腐蝕性能提升的影響機理。相關論文以題為“Obvious improvement in electrochemical and long-term immersion corrosion resistance of AISI 420 martensitic stainless steel using laser shock peening”發表在Corrosion Science。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2022.110688

結果表明：LSP在AISI 420馬氏體不銹鋼表面誘導明顯的表面粗化、高幅值殘余壓應力、馬氏體板條納米化、富Cr碳化物分解和納米碳化物析出等現象。

圖1 LSP誘導的表面粗化和殘余壓應力層

圖2 LSP誘導的基體納米化、富Cr碳化物分解和納米碳化物析出

LSP使得AISI 420馬氏體不銹鋼的鈍化電流密度降低~98.1%，并且導致點蝕電位提升~89.5%。在3.5 wt.% NaCl溶液浸泡不同時間后(0、1、3、7、15和30天)的電化學阻抗譜數據說明LSP試樣表面的鈍化膜表現出更好的耐蝕性。未處理試樣在浸泡1天后，表面出現明顯的銹蝕現象，在浸泡30天后，銹蝕加劇，點蝕坑深度達到~189.92 μm；而LSP試樣即使在浸泡30天后表面也沒有發現肉眼可見的銹蝕，但是從高倍SEM圖發現表面發現大量亞微米/納米級腐蝕坑，可測得的點蝕坑深度只有~0.23 μm。