{首页主词},&

北京科技大學(xué)《corrosion science》：Te對(duì)15-5PH不銹鋼耐腐蝕性能的雙重影響機(jī)制！

2023-02-09 16:21:22 作者：中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng) 來(lái)源：中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng) 分享至：

15-5PH不銹鋼具有較高的強(qiáng)度和韌性，廣泛地應(yīng)用于航空航天、核工業(yè)等高科技行業(yè)。然而，15-5PH不銹鋼中夾雜物的存在嚴(yán)重影響了其耐蝕性，限制了其在實(shí)際中的使用壽命和安全性。MnS是15-5PH不銹鋼中的典型夾雜物，通常為鋼材局部腐蝕的起始位置。據(jù)報(bào)道，鋼中加入Te可以有效對(duì)MnS進(jìn)行改性。不銹鋼中添加Te后會(huì)形成Te-S-Mn復(fù)合夾雜物。鋼中夾雜物的電化學(xué)特性與夾雜物誘導(dǎo)局部腐蝕的機(jī)理直接相關(guān)。然而，目前關(guān)于Te對(duì)不銹鋼的耐腐蝕性能和局部腐蝕機(jī)理影響的研究仍然缺失。

北京科技大學(xué)李曉剛教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合李京社教授團(tuán)隊(duì)，通過(guò)微合金化對(duì)15-5PH不銹鋼中的夾雜物進(jìn)行了調(diào)控。并在模擬海洋環(huán)境中研究了Te對(duì)15-5PH不銹鋼腐蝕機(jī)理的影響規(guī)律。Te元素調(diào)控有效改善了鋼中MnS夾雜的成分、形態(tài)和數(shù)量。微區(qū)電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果證實(shí)了MnS和鋼基體之間的電偶腐蝕作用，表明MnS以電化學(xué)溶解的方式誘發(fā)點(diǎn)蝕的萌生添加Te元素后，形成的含Te復(fù)合及雜物的表面電勢(shì)發(fā)生顯著改變，且具有良好的導(dǎo)電性，改變了點(diǎn)蝕萌生機(jī)理。適量添加Te元素可提高鋼材耐蝕性能。然而，由于夾雜物中含Te部分的持續(xù)陰極效應(yīng)，以及大量TeO₃的溶解對(duì)鈍化膜穩(wěn)定性地破壞，過(guò)量添加Te會(huì)導(dǎo)致耐蝕性能的退化。

相關(guān)研究成果以題為“Mechanism of the dual effect of Te addition on the localized corrosion resistance of 15-5PH stainless steel”發(fā)表在《corrosion science》上。

論文鏈接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X23000124

采用FE-SEM-EDS對(duì)不同樣品中的夾雜物進(jìn)行了表征（圖1）。適當(dāng)添加Te，鋼中尺寸較小的夾雜物明顯增多，有效降低點(diǎn)蝕形核率，提高鋼材耐腐蝕性能。過(guò)量添加Te導(dǎo)致鋼中形成較大尺寸的復(fù)合夾雜物。在嵌入夾雜/基體界面的Te與基體之間的電偶效應(yīng)以及侵蝕性溶液環(huán)境的耦合作用下，暴露在凹坑中的新鮮基體會(huì)迅速溶解，導(dǎo)致鋼材耐腐蝕性能衰減。

圖1 （a）-（b）1#，（c）-（d）2#，（e）-（f）3#，（g）MnS-Te的三維形貌，（h）1#，2#，3#夾雜物的尺寸分布，（i）1#，2#，3#夾雜物的密度分布。

利用SKPFM和CSAFM檢測(cè)了MnS-Te復(fù)合夾雜物的局部電化學(xué)信息（圖2）。含Te復(fù)合夾雜物中，Te增加了夾雜物的Volta電位，改變了局部腐蝕機(jī)理。夾雜物和基體表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性，MnS-Te夾雜物與鋼基體之間存在三對(duì)電偶。

圖2 MnS-Te夾雜物的SKPFM和CSAFM測(cè)試結(jié)果，（a）MnS-Te形貌和EDS圖，（b）AFM形貌，（c）SKPFM圖，（d）CSAFM圖，（e）在（a）相同區(qū)域的AFM線輪廓分析

極化曲線測(cè)試表明適量添加Te提高了鋼材的耐蝕性（圖3）。過(guò)量添加Te，材料表現(xiàn)出活化性能，說(shuō)明過(guò)量添加Te減弱了鋼材的耐腐蝕性能。

圖3 室溫下15-5PH馬氏體不銹鋼在1wt.%NaCl中的電位極化曲線，（a）極化曲線，（b）陽(yáng)極極化曲線

在晶界處聚集的Te和夾雜物中含有的Te導(dǎo)致鋼表面形成含Te鈍化膜。鋼中加入過(guò)量的Te后，鈍化膜中生成大量的TeO₃，這可能導(dǎo)致鈍化膜的分解。隨著溶解的進(jìn)行，Te的氧化物含量減少，鈍化膜的溶解速率降低。因此，3#鋼的曲線產(chǎn)生了波動(dòng)。

圖4 2#的XPS峰分布，在不同電位下形成鈍化膜：（a1–a2）Cr2p_3/2；（b1–b2）Fe2p_3/2；（c1–c2）O1s；（d1–d2）Te3d_5/2

圖5 3#鈍化膜在不同電位下的XPS峰分布：（a1–a2）Cr2p_3/2；（b1–b2）Fe2p_3/2；（c1–c2）O1s；（d1–d2）Te3d_5/2

適量添加Te形成了小尺寸MnS-Te夾雜物，MnS優(yōu)先溶解在陽(yáng)極相中。在MnS完全溶解后，Te從鋼基體中釋放出來(lái)并進(jìn)入溶液中。過(guò)量添加Te降低了15-5PH不銹鋼的耐蝕性，這是由于復(fù)合夾雜物中Te的持續(xù)陰極效應(yīng)促進(jìn)了基體的腐蝕。

圖6 （a）1#，（b）2#，（c）3#中不同夾雜物在浸泡不同時(shí)間（1）10min，（2）30min，（3）90min后局部腐蝕形貌的FE-SEM-EDS圖像

圖7 夾雜物局部腐蝕過(guò)程示意圖：（a）MnS，（b）MnS-Te

圖8 利用FactSage軟件計(jì)算了（a）Fe-Mn-S-H₂O，（b）Mn-Te-S-H₂O，（c）Fe-Te-H₂O體系在298.15K時(shí)的布拜圖

在本工作中，研究了Te對(duì)15-5PH鋼局部腐蝕機(jī)理和耐蝕性的影響。MnS-Te復(fù)合夾雜物在鋼基體中表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性能。Te、MnS和鋼基體之間形成了3對(duì)電偶，Te改變了MnS夾雜物誘發(fā)點(diǎn)蝕的機(jī)理。適量添加Te可以提高15-5PH不銹鋼的點(diǎn)蝕電位和耐蝕性能，過(guò)量添加Te削弱了鋼的耐腐蝕性能。隨著Te含量的增加，鈍化膜中Te的氧化物含量增加，這可能導(dǎo)致鈍化膜容易分解。過(guò)量添加Te，復(fù)合夾雜物中Te的持續(xù)陰極作用降低了15-5PH不銹鋼的耐蝕性。