不銹鋼具有較好的焊接性能、拋光性能、耐熱性能以及優良的抗全面腐蝕能力，因此被廣泛應用于油井、油氣管線、化工裝置、火電核電設施、國防武器裝備等諸多領域。然而，點腐蝕是不銹鋼設備腐蝕失效的主要形式之一，點蝕的發生具有隨機性和隱蔽性，很難通過有效的檢測方法做出估計。

    通過開爾文探針可以測試出不同粗糙度不銹鋼表面的功函數，得到功函數對應的粗糙度關系，這對研究表面粗糙度對點腐蝕發生的影響有重要的作用，得到不銹鋼的表面狀態參數，能準確地反映出所測定材料表面的結構特征與發生的物理化學變化，對不銹鋼點蝕敏感性的機理研究起到很大的幫助。

    1 試驗

    實驗采用英國KPTechnology公司RHCO20型掃描開爾文探針，掃描開爾文探針技術概況如圖1。

    圖1 掃描開爾文探針系統

    試樣樣品為 1 cm × 1 cm方形304不銹鋼試樣，其化學成分見表1。

    表1  304不銹鋼的化學成分（質量分數 /%）

    三維顯微鏡原位監測實驗采用日本浩視公司KH770三維顯微鏡原位監測304不銹鋼早期點腐蝕，用日本浩視公司KH770三維顯微鏡對發生點腐蝕的試樣表面進行點蝕形貌分析，計算點蝕深度、體積面積，分析點蝕坑生長規律。

    2  結果與討論

    2.1 開爾文探針探測不銹鋼表面功函數

    四種不同粗糙度的不銹鋼原位監測局部電位變化與三維顯微鏡監測試樣表面局部狀態對比見圖2。結果表明，粗糙度越大，則功函數波動越大。功函數反映表面物理與化學特性的穩定性，不銹鋼表面功函數波動越大，則試樣表面特性越不穩定，在外界誘導下易發生點腐蝕。

    圖2  不同表面粗糙度對應的功函數圖 ：（a）0.25 μm；（b）0.21 μm；（c） 0.15 μm；（d）0.10 μm；

    在不銹鋼表面上，點蝕都是在一些敏感區域生成。這些敏感位置（即點蝕活性點）包括： 晶界、晶格缺陷 、非金屬夾雜（特別是硫化物如MnS），都是很容易發生點蝕的地方。通過開爾文探針表征表面狀態的功函數，找出這些點蝕敏感區域，就能實現預測點蝕的萌生地點。

    2.2 三維視頻顯微鏡分析點蝕形貌

    如下圖3是粗糙度為0.10 μm 的304不銹鋼在質量分數為3%NaCl溶液中25℃下恒溫浸泡24 h點蝕形貌。其點蝕形貌是一上寬下窄形狀不規則的蝕坑，蝕坑向四周腐蝕，主要向主視圖上下兩個方向生長，由于這兩個方向存在點蝕活性點（晶界、晶格缺陷、非金屬夾雜），留下不規則的狹長蝕坑形貌。這些蝕坑是穩定生長的，會隨著浸泡腐蝕時間的延長而繼續長大。

    圖 3  粗糙度為  0.10 μm 的304不銹鋼在3%NaCl溶液中浸泡24h后點蝕形貌

    如下圖4是粗糙度為0.15 μm 的304不銹鋼在質量分數為3%NaCl溶液中25℃下恒溫浸泡24 h點蝕形貌。其點蝕形貌最主要是不規則的圓錐型，蝕坑向四周腐蝕，留下不規則的四周形貌。這些蝕坑是穩定生長的，會隨著浸泡腐蝕時間的延長而增大。

    圖 4  粗糙度為 0.15 μm 的304不銹鋼在3%NaCl溶液中浸泡24h后點蝕形貌

    如下圖5是粗糙度為0.21 μm 的304不銹鋼在質量分數為3%NaCl溶液中25℃下恒溫浸泡24 h點蝕形貌。其點蝕形貌類似圖3形貌，蝕坑向四周腐蝕，留下不規則的四周形貌，但受某些點蝕敏感點的作用形貌略有不同。圖5-c‘蝕坑深度較圖4-b’和圖3-a‘深。這些蝕坑是穩定生長的，會隨著浸泡腐蝕時間的延長而增大。

    圖5  粗糙度為 0.21 μm 的304不銹鋼在3%NaCl溶液中浸泡24h后點蝕形

    如下圖6是粗糙度為0.25 μm 的304不銹鋼在質量分數為3%NaCl溶液中25℃下恒溫浸泡24 h點蝕形貌。較圖3、圖4、圖5，該蝕坑腐蝕明顯嚴重。這些蝕坑是穩定生長的，會隨著浸泡腐蝕時間的延長而增大。

    圖6  粗糙度為 0.25 μm 的304不銹鋼在3%NaCl溶液中浸泡24h后點蝕形貌

    表 2 不同粗糙度的304不銹鋼在3%NaCl溶液中點蝕幾何參數

    近年來，人們對宏觀點蝕定量模型不斷研究探討，Newman在濃度梯度的基礎上提出了解釋點蝕生長的半定量模型，并認為點蝕生成時產生的花邊蓋阻滯了物質的傳遞，因而使得點蝕成瓶頸狀發展。Macdonald根據鈍化膜的點蝕缺陷模型提出了關于點蝕引發的具有統計性質的分布函數。

    3  結論

    （1）功函數反映出了所測定表面的結構特征與發生的物理化學變化，隨不銹鋼表面粗糙度升高，不銹鋼表面功函數隨之升高。粗糙度高的不銹鋼表面功函數波動很大，點蝕敏感區易發生點蝕。

    （2）三維視頻顯微鏡監測試樣結果顯示，隨粗糙度的增大，不銹鋼在相同腐蝕介質和相同腐蝕時間下，蝕坑越來越大，蝕坑最大深度越來越大，不銹鋼表面耐腐蝕性能隨之降低。

    （3）開爾文探針技術檢測不銹鋼表面耐蝕敏感性與三維視頻顯微鏡監測試樣結果一致，說明開爾文探針檢測不銹鋼表面狀態，找出點蝕敏感區域，實現預測點蝕萌生地點有重要作用。

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責任編輯：王元

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