臨界點蝕溫度（CPT）是指在特定的測試環(huán)境中金屬材料表面發(fā)生穩(wěn)態(tài)點蝕萌生和發(fā)展時的最低溫度。當(dāng)環(huán)境溫度低于CPT時，金屬材料只會發(fā)生亞穩(wěn)態(tài)點蝕，并會發(fā)生鈍化；當(dāng)環(huán)境溫度高于CPT時，亞穩(wěn)態(tài)點蝕會發(fā)展成穩(wěn)態(tài)點蝕。測試CPT的方法有多種，如失重法、恒電位法、動電位法、電化學(xué)噪聲法、電學(xué)阻抗譜法等。其中失重法、動電位法和恒電位法經(jīng)過多年的研究應(yīng)用，形成了標(biāo)準(zhǔn)方法。

本工作以S22053雙相不銹鋼為研究對象，對比分析了三種標(biāo)準(zhǔn)CPT試驗方法的特點及適應(yīng)性，著重探討了不同試驗方法對材料CPT測定的影響，為工程人員科學(xué)合理地選擇測定方法提供依據(jù)。

試驗

試驗材料為S22053鋼，是一種雙相不銹鋼，其化學(xué)成分如表1所示。

表1 S22053雙相不銹鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

%

失重法試驗采用30mm×20mm×3mm塊狀試樣，試樣在丙酮溶液中進(jìn)行超聲波清洗除油后吹干。

恒電位法和動電位法試驗采用的試樣尺寸為14mm×6mm，用不同號砂紙（至1000號）逐級打磨試樣，然后浸入丙酮溶液中清洗，吹干后放入干燥皿中備用。

試驗前，將試樣放入特制的小容器中，容器外部為聚四氟乙烯，內(nèi)部有金屬導(dǎo)電，一端面開有11.29mm的圓孔（面積約1cm2），保證試樣有1cm2工作面露出并浸入介質(zhì)中，試樣背面用螺紋蓋壓緊。

1 失重法測CPT

試驗標(biāo)準(zhǔn)：ASTM G48-2011（2015）中的方法E

試驗溫度：50.6，45.6，40.6，35.6 ℃

試驗介質(zhì)：6％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）FeCl3＋1％HCl溶液

試驗時間：24H

試驗結(jié)束后，根據(jù)試樣腐蝕前后質(zhì)量差計算腐蝕速率。當(dāng)腐蝕速率不小于0.1mg/（cm2·d）時，對應(yīng)的溫度即為CPT。

2 恒電位法測CPT

試驗標(biāo)準(zhǔn)：ASTM G150-2013

試驗介質(zhì)：為1mol/L的NaCl溶液

試驗過程：施加700mV（相對于飽和甘汞電極）恒定電位，將溶液溫度從25℃以（1±0.3）℃/min的速率升溫，測試樣腐蝕電流密度隨溫度變化的關(guān)系。待電流密度達(dá)到100μA/cm2并持續(xù)60S時，對應(yīng)的溫度即為CPT。

3 動電位法測CPT

試驗標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 17899-1999

試驗溫度：35.0，40.0，43.3，45.0，47.5，50.0，52.5，53.2，54.3，54.6，55.4，56.3，56.6，58.1，59.0，60.0，63.0，65.0℃。

試驗過程：在3.5％NaCl溶液中以20mV/min的掃描速率對試樣進(jìn)行陽極極化，陽極極化曲線上電流密度為100μA/cm2時對應(yīng)的電位為點蝕電位，而點蝕電位發(fā)生突變對應(yīng)的溫度即為CPT。

結(jié)果與討論

1 失重法

圖1 不同溫度下失重法測CPT后S22053鋼試樣的表面形貌

由圖1可見：35.6℃下，S22053鋼試樣表面無肉眼可見蝕坑；40.6℃下，S22053鋼試樣表面有4處可見蝕坑；45.6℃下，S22053鋼試樣表面上有5處可見蝕坑，其中一個蝕坑明顯大于其他蝕坑；50.6℃下，S22053鋼試樣表面有19個蝕坑。

圖2 不同溫度下S22053鋼試樣的腐蝕速率

由圖2可知：失重法測得的S22053鋼的CPT為35.6℃。

2 恒電位法

圖3 S22053鋼試樣在1mol/LNaCl溶液中腐蝕電流密度與溫度的關(guān)系

如圖3所示：電流密度達(dá)到100μA/cm2并持續(xù)60S時對應(yīng)的溫度為53.1℃，即恒電位法測得的S22053鋼的CPT為53.1℃。

3 動電位法

不同溫度下S22053鋼試樣在3.5％NaCl溶液中的陽極極化曲線如圖4所示。

圖4 不同溫度下S22053鋼試樣在3.5％NaCl溶液中的陽極極化曲線

以各溫度下的點蝕電位即陽極極化曲線上電流密度為100μA/cm2時對應(yīng)的電位為縱軸，溫度為橫軸作圖，如圖5所示。

圖5 S22053鋼點蝕電位與溫度的關(guān)系

由圖5可見：點蝕電位在55.0℃附近存在突變，則55.0℃即為采用動電位法測得的S22053鋼的CPT。

4 分析與討論

對三種標(biāo)準(zhǔn)CPT測定方法進(jìn)行比較，其試驗過程及試驗參數(shù)均不相同，具體如表2所示。

表2 三種標(biāo)準(zhǔn)CPT測定方法的特點

失重法測CPT需在一個溫度下試驗完后，根據(jù)其腐蝕速率或放大20倍后有無點蝕坑判斷是否進(jìn)行下一個溫度的試驗，需要的試驗時間較長，溫度梯度最大，但對設(shè)備要求低，且操作簡單；恒電位法測CPT中，溫度梯度最小，升溫過程中溶液中也存在溫度梯度，試驗結(jié)果容易受溶液溫度梯度和升溫速率的影響，對設(shè)備要求較高，試驗周期短，且測得的CPT為一個具體的數(shù)值；動電位法在多個溫度下進(jìn)行試驗，需要的試樣最多，試驗時間較長，且標(biāo)準(zhǔn)中沒有對溫度的選取進(jìn)行規(guī)定，多個溫度下測量后得到CPT 在一個范圍內(nèi)，要使該范圍進(jìn)一步縮小，需增加更多的試驗量。

失重法、恒電位法、動電位法測得S22053鋼的CPT分別為35.6，53.1，55 ℃。三種方法所得的CPT不同，其最主要原因為試驗條件及判定發(fā)生點蝕的臨界條件有所不同。失重法測得的CPT最低，動電位法和恒電位法測得的CPT 較接近。

三種測試方法所用溶液中Cl-含量由大到小排列依次為：失重法（6％FeCl3＋1％HCl）、恒電位法（1mol/LNaCl）、動電位法（3.5％NaCl）。材料的CPT會隨環(huán)境中Cl-含量的增加而降低，因為Cl-含量越高，材料所處環(huán)境越苛刻，在夾雜物等缺陷附近比較薄弱的鈍化膜越容易被破壞，越易導(dǎo)致點蝕的萌生，也越易達(dá)到點蝕發(fā)生的臨界濃度，促進(jìn)點蝕的發(fā)展，故三種方法測得的CPT隨環(huán)境中Cl-含量降低而升高。

失重法測得的CPT明顯低于另外兩種方法測得的。其主要原因為FeCl3中的Fe3+是一種強氧化劑，與基體金屬反應(yīng)從而加速腐蝕，加之該溶液含有大量的Cl-，且pH低、酸性強，具有強烈的引發(fā)點蝕的傾向，從而導(dǎo)致了FeCl3溶液中材料的腐蝕速率在較低溫度下就達(dá)到較高的狀況。此外，動電位法和恒電位法試樣的有效面積一般只有1cm2，而失重法試樣全浸入溶液中，其有效面積約15cm2，有效面積越大，試樣表面存在的夾雜物或缺陷就越多，因此發(fā)生點蝕的概率增大。另外，試樣的邊緣一般更容易遭到腐蝕，因為邊緣凹痕作為犧牲陽極對平整面起到陰極保護的作用，更容易導(dǎo)致點蝕的發(fā)生。故失重法較另外兩種方法苛刻，測得的CPT最低。

此外失重法測材料CPT時，由于其判定條件為腐蝕速率或放大20倍后有無點蝕坑，僅適用于均勻腐蝕不明顯的材料，主要考慮的是穩(wěn)定點蝕長大的行為，由于該試驗方法中溶液環(huán)境較為苛刻，對于單一材料的點蝕形成過程不能準(zhǔn)確地描述，通常還需要以點蝕坑特征為輔助評價。

動電位法測定材料的CPT時，是在不同溫度下測試材料的點蝕電位，點蝕電位突變的溫度即為CPT；恒電位法是在恒電位下，不斷升高介質(zhì)的溫度，當(dāng)電流密度達(dá)到100μA/cm2并持續(xù)60S時對應(yīng)的溫度即為CPT。兩種方法采用的評價參數(shù)分別是形成穩(wěn)態(tài)點蝕時的點蝕電位和溫度，反映了材料點蝕的形成過程，點蝕形成臨界條件被測試出來，故這兩種方法的測量參數(shù)可較準(zhǔn)確地反映材料形成穩(wěn)態(tài)點蝕的臨界條件。但動電位法所需試樣數(shù)量和試驗時間都遠(yuǎn)多于恒電位法，工程中常追求簡便準(zhǔn)確高效的方法解決問題，故恒電位法相對于動電位法更適合于工程應(yīng)用。

結(jié)論

（1） 由于試驗條件及判定發(fā)生點蝕的臨界條件有所不同，故采用失重法、恒電位法、動電位法三種CPT測試方法測得的S22053雙相不銹鋼的CPT不同，分別為35.6，53.1，55.0℃。

（2）失重法采用的試驗環(huán)境最苛刻，測得的CPT遠(yuǎn)低于恒電位法和動電位法測得的，且測試時間長，對于單一材料的點蝕形成過程不能準(zhǔn)確地描述，但該方法對設(shè)備要求低，且操作簡單。

（3）動電位法和恒電位法對設(shè)備要求高，尤其是恒電位法，其升溫速率和溶液中的溫度梯度對試驗結(jié)果均存在影響，但二者的測量參數(shù)都可較準(zhǔn)確地反映材料形成穩(wěn)態(tài)點蝕的臨界條件。且恒電位法還具有試樣數(shù)量少、測試時間短及測得的CPT為一個具體的數(shù)值等優(yōu)點。