鈍化膜完整性的影響因素

表面粗糙度是評價表面質(zhì)量的典型指標(biāo)之一。表面粗糙度增大將降低不銹鋼鈍化膜的完整性及其耐蝕性。

ARASH等研究發(fā)現(xiàn)，316LVM不銹鋼表面粗糙度的降低能夠提高材料耐均勻腐蝕性能。

王梅豐等研究了304不銹鋼硝酸鈍化后的阻抗及電化學(xué)噪聲，結(jié)果發(fā)現(xiàn)表面粗糙度降低使得鈍化后不銹鋼的電荷轉(zhuǎn)移電阻升高，電位標(biāo)準(zhǔn)偏差和電流標(biāo)準(zhǔn)偏差降低，而噪聲電阻增大。這表明在光滑不銹鋼表面更容易形成致密穩(wěn)定且耐腐蝕性強(qiáng)的氧化膜。

LATIFI等通過對316L不銹鋼表面特性研究發(fā)現(xiàn)，不銹鋼表面的腐蝕電流密度與其表面粗糙度呈正相關(guān)趨勢，表面越光滑，腐蝕電流密度越小，不銹鋼的耐腐蝕性能越強(qiáng)。

HONG等研究了不同表面粗糙度301不銹鋼的早期腐蝕行為，發(fā)現(xiàn)粗糙的表面更容易產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)及穩(wěn)態(tài)點蝕。

汪軒義等認(rèn)為表面粗糙度越大，暴露出的活性物理缺陷越多，易造成侵蝕性介質(zhì)在凹坑處優(yōu)先吸附富集并破壞鈍化膜完整性，進(jìn)而降低不銹鋼耐點蝕性能。

變形及劃傷是實際生產(chǎn)、運輸和裝配過程中常見的表面損傷形式。表面劃傷及局部強(qiáng)烈的塑性變形將導(dǎo)致材料鈍化膜致密性降低，例如拉拔鋼絲在儲運過程中表面劃傷、彈簧加工中機(jī)械劃傷是導(dǎo)致表面局部形成棕紅色腐蝕銹斑的主要原因。在吊裝、切割、卷板或坡口加工等過程中造成的劃痕和油污等會使表面鈍化膜遭到破壞而產(chǎn)生銹蝕。

在較大的塑性變形條件下，基體變形及其與夾雜物的脫離導(dǎo)致鈍化膜致密性降低，2205雙相不銹鋼亞穩(wěn)態(tài)點蝕形核頻率增大，并誘發(fā)微裂紋。LUO等研究發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重變形會導(dǎo)致2205雙相不銹鋼鈍化膜的保護(hù)能力降低。

在高殘余應(yīng)力或外加應(yīng)力等苛刻服役環(huán)境中，表面劃傷帶來的微觀結(jié)構(gòu)梯度、微區(qū)應(yīng)力集中損傷、材料局部缺陷等極大地影響了材料的耐應(yīng)力腐蝕性能。在機(jī)械磨損和腐蝕介質(zhì)共同作用下，表面嚴(yán)重的塑性變形會導(dǎo)致鈍化膜破裂，變形區(qū)域晶體缺陷密度急劇增大，腐蝕活性增大。

焊接熱輸入會影響焊縫及其熱影響區(qū)的組織成分以及表面氧化膜的形成，從而影響不銹鋼鈍化膜完整性。其中，熱影響區(qū)敏化是焊接關(guān)注的重點。

當(dāng)熱影響區(qū)的溫度在不銹鋼敏化區(qū)間時，不銹鋼組織會析出晶間富鉻相，導(dǎo)致基體固溶的鉻含量降低，晶界附近鈍化膜中鉻含量也降低。研究表明，敏化處理使304不銹鋼鈍化膜中的點缺陷含量增大，這會促進(jìn)亞穩(wěn)態(tài)點蝕的發(fā)生。

趙麗萍等對低鎳鉻錳氮奧氏體不銹鋼在550~750 ℃進(jìn)行了敏化處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不銹鋼阻抗隨敏化溫度升高和時間延長而降低。研究發(fā)現(xiàn)600 ℃敏化處理后2205雙相鋼表面鈍化膜中點缺陷摻雜濃度增大、鉻氧化物含量降低；850 ℃敏化處理后2205雙相鋼與其固溶態(tài)樣品相比，氧化膜的表面能帶帶隙降低，表面態(tài)密度、滿帶與未滿帶比值均增加，氧化膜完整性降低。

焊接熱輸入對表面氧化物膜的影響不可忽略，但相關(guān)研究相對較少。高溫氧化膜中鉻含量低于室溫鈍化膜中鉻含量，同時氧化膜中裂隙等缺陷增加了焊接接頭在常溫條件下的腐蝕敏感性。

LING等研究發(fā)現(xiàn)，奧氏體不銹鋼焊接高溫氧化膜中富鉻氧化物不完整，在高溫水環(huán)境中氧通過不致密的氧化物缺陷擴(kuò)散至基體金屬，導(dǎo)致基體腐蝕。

鈍化膜完整性對不銹鋼海洋大氣腐蝕的影響

在海洋大氣環(huán)境中，表面沉積的鹽粒吸潮后不銹鋼發(fā)生液膜下腐蝕是不銹鋼的典型腐蝕行為。由于表面電解質(zhì)膜受氣候、地理環(huán)境等多因素影響，加之不銹鋼不同成分下鈍化膜的形成和再鈍化能力存在差異，因此海洋大氣環(huán)境中不銹鋼腐蝕的影響因素和研究方法眾多。表面粗糙度、變形、焊接等會對不銹鋼海洋大氣腐蝕產(chǎn)生明顯影響。

WALLINDER等的研究表明，對于暴露于海洋大氣環(huán)境中的304L不銹鋼，其表面粗糙度不同會引起表面鹽粒和潤濕性不同，從而導(dǎo)致304L不銹鋼腐蝕程度不同，表面粗糙度大的不銹鋼，腐蝕程度更高。

ASAMI等比較了幾種經(jīng)不同表面工藝（光潔表面、拉絲拋光、晶面拋光和光亮退火等）處理后的不銹鋼在海洋大氣環(huán)境中的腐蝕行為，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同工藝能夠改變鈍化膜中富鉻氧化物含量及其耐蝕性。

此外，在海洋大氣中，液滴、鹽粒以及鹽霧也是不銹鋼腐蝕的重要原因，為此人們對不同表面狀態(tài)不銹鋼在這些環(huán)境中的腐蝕行為和腐蝕機(jī)理進(jìn)行了大量研究。

SCATIGNO等研究了冷軋304L不銹鋼在海洋大氣環(huán)境中的氯離子應(yīng)力腐蝕開裂敏感性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在5%的冷軋變形量下，304L不銹鋼易發(fā)生開裂，當(dāng)變形量大于20%時，相變和變形綜合作用會抑制304L不銹鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。

除奧氏體不銹鋼之外，近年來雙相不銹鋼在海洋大氣中的腐蝕及其機(jī)理也引起研究者的關(guān)注。

ORNEK等研究了液滴低濕度下U形彎曲2205雙相鋼的腐蝕，并發(fā)現(xiàn)475 ℃熱處理后不銹鋼在大氣會發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。他們認(rèn)為鐵素體相中組織的改變是誘發(fā)大氣應(yīng)力腐蝕開裂的主要原因；此外，軋制狀態(tài)也對2205雙相鋼的腐蝕產(chǎn)生影響。

在海洋大氣中，由于焊接與敏化作用,不銹鋼焊接接頭各區(qū)域耐蝕性存在明顯差異。

樊棟等研究了高鐵車體結(jié)構(gòu)不銹鋼焊接接頭在人造海水中的腐蝕行為，結(jié)果表明焊接時熱影響區(qū)受到大量熱輸入影響，組織晶粒粗大，耐蝕性較差，特別是底板熱影響區(qū)由于α鐵素體的進(jìn)一步析出致使晶界處貧鉻，因此腐蝕程度最嚴(yán)重。

另外還有文獻(xiàn)報道了敏化態(tài)和固溶態(tài)304不銹鋼在液滴干濕循環(huán)下的腐蝕行為，結(jié)果表明與固溶態(tài)不銹鋼相比，不論是在溶液中還是在不銹鋼表面有液滴沉積條件下，敏化態(tài)不銹鋼發(fā)生點蝕的電位降低、臨界相對氯離子濃度降低；其點蝕形貌具有沿晶間擇優(yōu)腐蝕的特征，表明敏化提高了不銹鋼大氣點蝕的敏感性。

盡管上述研究對不同表面狀態(tài)下不銹鋼在海洋大氣環(huán)境中的腐蝕開展了探討分析，然而在異質(zhì)污染、表面氧化膜等作用下的大氣環(huán)境腐蝕行為仍有待研究。