導(dǎo)語：北京科技大學(xué)劉超副教授研究組研究了Te和熱處理對(duì)15-5PH鋼的耐蝕機(jī)理。含Te 15-5PH鋼在熱處理后基體位錯(cuò)密度下降，腐蝕傾向降低。熱處理顯著影響了Te改性夾雜物與鋼基體之間的電位差。不銹鋼由活化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殁g化狀態(tài)，抗腐蝕性能提高。熱處理后鋼材鈍化膜的缺陷密度降低，促進(jìn)了Cr、Te和TeO3在鈍化膜中的富集，提高了鈍化膜的穩(wěn)定性和耐蝕性。通過Te的陽極氧化形成的難溶或緩慢溶解的碲酸鹽膜，以及TeO3的自修復(fù)特性，提高了鈍化膜的再鈍化能力。

隨著社會(huì)的發(fā)展，耐腐蝕金屬材料被認(rèn)為是克服鋼鐵材料固有的易腐蝕缺陷的重要發(fā)展方向。眾所周知，材料的顯微組織、夾雜物、合金成分，甚至腐蝕產(chǎn)物(如不銹鋼表面鈍化膜)都對(duì)材料的耐腐蝕性能有著重要的影響。因此，國(guó)際上眾多研究人員開始嘗試通過調(diào)節(jié)上述因素來提高材料的耐腐蝕性能。15-5PH不銹鋼作為一種馬氏體不銹鋼其本身的耐點(diǎn)蝕性能并不優(yōu)異，材料中的夾雜物等因素是影響其耐腐蝕性能的主要因素。

Te處理技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型夾雜物調(diào)制技術(shù)，可以有效改善鋼中夾雜物的物理化學(xué)性質(zhì)，提高鋼的性能。我們之前的研究結(jié)果表明，在合理的Te元素含量區(qū)間內(nèi)，可以有效地對(duì)15-5PH鋼中的夾雜物進(jìn)行改性，改變材料的理化性能，鈍化膜層中的組織和成分，進(jìn)而增強(qiáng)材料的耐蝕性。在早期的研究中，我們發(fā)現(xiàn)添加適量的Te可以改善鋼的性能，含Te不銹鋼的耐腐蝕性能取決于Te的添加量。熱處理不僅影響鋼中組織微觀結(jié)構(gòu)的重構(gòu)、應(yīng)力場(chǎng)的分布，還可能對(duì)材料中合金元素的分布產(chǎn)生影響。這些變化勢(shì)必會(huì)對(duì)材料的耐腐蝕性能產(chǎn)生影響。

基于以上技術(shù)，北京科技大學(xué)的研究人員以含Te 15-5PH鋼為研究對(duì)象，采用多尺寸結(jié)構(gòu)表征和先進(jìn)的微區(qū)電化學(xué)技術(shù)研究了熱處理工藝對(duì)含Te不銹鋼耐腐蝕性能的影響規(guī)律和機(jī)制。區(qū)別于先前的研究，本工作更關(guān)注熱處理引起的含Te鋼鈍化膜特性差異及其對(duì)鈍化膜溶解和點(diǎn)蝕形成的影響。研究采用新的合金化（Te處理）調(diào)制后，熱處理對(duì)15-5PH鋼耐腐蝕性能的影響規(guī)律和機(jī)制。在15-5PH不銹鋼中添加適量的Te元素，其耐蝕性能顯著提高。熱處理降低了基體和夾雜物周圍的晶格畸變，不銹鋼整體腐蝕傾向降低。由于熱處理的作用，不銹鋼從活化轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的鈍化，耐蝕性顯著提高。熱處理可以顯著改變Te變質(zhì)夾雜物與鋼基體之間的電位差，進(jìn)而影響點(diǎn)蝕萌生的驅(qū)動(dòng)力。鋼中應(yīng)力分布場(chǎng)的變化同樣會(huì)對(duì)Te改性夾雜物誘發(fā)的點(diǎn)蝕行為產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而影響材料的耐腐蝕性能。含Te鋼熱處理后保護(hù)電位升高，不銹鋼鈍化能力增強(qiáng)。通過Mott-Schottky和XPS測(cè)試發(fā)現(xiàn)，熱處理后15-5PH不銹鋼表面的鈍化膜缺陷明顯減少，而鈍化膜中的Cr、Te含量發(fā)生了明顯變化，進(jìn)而提高了材料的耐蝕性。熱處理促進(jìn)了Cr、Te和TeO3在鈍化膜中的富集。通過Te的陽極氧化形成的難溶或緩慢溶解的碲酸鹽膜，以及TeO3的自修復(fù)特性，提高了鈍化膜的再鈍化能力。本研究確定了熱處理對(duì)含Te馬氏體不銹鋼耐腐蝕性能的影響機(jī)制，對(duì)于指導(dǎo)新型耐蝕不銹鋼工業(yè)生產(chǎn)中鈍化膜的控制具有重要意義。相關(guān)研究成果以題為“Influence mechanism of heat treatment on corrosion resistance of Te-containing 15-5PH stainless steel”發(fā)表在《corrosion science》上。

鏈接 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X23006522

圖1 .含Te 15-5PH鋼在熱處理前（a）和熱處理后（b）的光學(xué)顯微鏡照片和TEM圖像，熱處理后含Te鋼馬氏體板條變寬，鋼中位錯(cuò)密度下降，析出相的尺寸略微變大。

圖2 熱處理前后試樣的EBSD結(jié)果。（a，b）反極圖的晶粒取向，（c-e）色編碼映射的籽粒平均取向差，熱處理后的含Te鋼基體具有更低的位錯(cuò)密度，說明熱處理后的樣品處于更低的應(yīng)力狀態(tài)。

圖3 含Te 15-5PH鋼熱處理前（a）和熱處理后（b）MnS-Te區(qū)域的EBSD結(jié)果。（1）靶區(qū)的FE-SEM圖像，（2）靶區(qū)的平均位錯(cuò)密度圖（KAM），熱處理后夾雜物周圍晶格畸變更低，夾雜物腐蝕傾向減弱。

圖4 含Te 15-5PH鋼中MnS-Te夾雜物的SKPFM和CSAFM結(jié)果（a）：熱處理前，（b）：熱處理后。熱處理后夾雜物和基體的電勢(shì)差降低，降低了夾雜物的腐蝕傾向。

圖5 含Te 15-5PH鋼在3.1 wt.% NaCl溶液中的電位極化曲線，熱處理后鋼材由活化轉(zhuǎn)化為了鈍化，含Te不銹鋼的耐腐蝕性明顯增強(qiáng)。

圖6 含Te 15-5PH鋼在NaCl溶液中的Mott-Schottky圖，熱處理后形成的鈍化膜具有更無序的結(jié)構(gòu)，溶液/金屬界面處的電化學(xué)反應(yīng)減少，提高了鈍化膜的穩(wěn)定性。

圖7 熱處理前后含Te 15-5PH鋼的循環(huán)伏安曲線，熱處理后含Te鋼的保護(hù)電位較高，鋼材鈍化能力增強(qiáng)。

圖8 （a）含Te 15-5PH鋼鈍化膜中Cr、Fe、Te和Cu的原子濃度；（b）含Te 15-5PH鋼鈍化膜中Cr、Fe、Te和Cu化合物的相對(duì)含量，熱處理促進(jìn)了Cr、Te和TeO3在鈍化膜中的富集，提高了鈍化膜的穩(wěn)定性。

圖9 含Te的15-5PH鋼（a）熱處理前和（b）熱處理后的局部腐蝕過程圖，熱處理后，不銹鋼表面的位錯(cuò)密度降低，基體的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)降低。Cr在鈍化膜中的富集和TeO3含量的增加降低了基體腐蝕的傾向。

圖10 MnS-Te夾雜物的腐蝕機(jī)理圖，在MnS-Te復(fù)合夾雜物中，MnS作為陽極相優(yōu)先溶解。隨著腐蝕的進(jìn)行，Te最終溶解。

北京科技大學(xué)的研究人員在本工作中研究了熱處理工藝對(duì)含Te 15-5PH鋼耐腐蝕性能的影響機(jī)制。主要結(jié)論歸納如下：

（1）熱處理增大了不銹鋼中馬氏體板條和析出相的尺寸，減小了基體和夾雜物周圍的晶格畸變。基體的整體腐蝕傾向降低，鋼的耐腐蝕性能提高。

（2）由于熱處理的作用，不銹鋼經(jīng)歷了從活化到穩(wěn)定鈍化的轉(zhuǎn)變，耐蝕性顯著提高。此外，熱處理導(dǎo)致含Te鋼的保護(hù)電位升高，從而提高其鈍化能力。

（3）含Te鋼的鈍化膜表現(xiàn)出n型半導(dǎo)體特性。熱處理過程減緩了鈍化膜內(nèi)陽離子空位的遷移，從而有效降低了氯離子的特征吸附，增強(qiáng)了膜層穩(wěn)定性。

（4）熱處理促進(jìn)了Cr、Te和TeO3在鈍化膜中的富集。TeO3的水解和沉淀在一定程度上賦予了鈍化膜自修復(fù)能力。通過Te陽極氧化形成難溶或緩慢溶解的碲酸鹽膜，提高了鋼鈍化膜的再鈍化能力。