北京科技大學團隊研究了Te和熱處理對15-5PH鋼的耐蝕機理。含Te 15-5PH鋼在熱處理后基體位錯密度下降,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。不銹鋼由活化狀態轉變為鈍化狀態,抗腐蝕性能提高。熱處理后鋼材鈍化膜的缺陷密度降低,促進了Cr、Te和TeO3在鈍化膜中的富集,提高了鈍化膜的穩定性和耐蝕性。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的自修復特性,提高了鈍化膜的再鈍化能力。
基于以上技術,北京科技大學的研究人員以含Te 15-5PH鋼為研究對象,采用多尺寸結構表征和先進的微區電化學技術研究了熱處理工藝對含Te不銹鋼耐腐蝕性能的影響規律和機制。
圖1 含Te 15-5PH鋼在熱處理前(a)和熱處理后(b)的光學顯微鏡照片和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密度,說明熱處理后的樣品處于更低的應力狀態。
圖3 含Te 15-5PH鋼熱處理前(a)和熱處理后(b)MnS-Te區域的EBSD結果。(1)靶區的FE-SEM圖像;(2)靶區的平均位錯密度圖(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結果:(a)熱處理前;(b)熱處理后。熱處理后夾雜物和基體的電勢差降低,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化為了鈍化,含Te不銹鋼的耐腐蝕性明顯增強。
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構,溶液/金屬界面處的電化學反應減少,提高了鈍化膜的穩定性。
圖7 熱處理前后含Te 15-5PH鋼的循環伏安曲線,熱處理后含Te鋼的保護電位較高,鋼材鈍化能力增強。
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化合物的相對含量,熱處理促進了Cr、Te和TeO3在鈍化膜中的富集,提高了鈍化膜的穩定性。
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,不銹鋼表面的位錯密度降低,基體的腐蝕風險降低。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。
(4)熱處理促進了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。
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