臨界點蝕溫度（CPT）是指在特定的測試環境中金屬材料表面發生穩態點蝕萌生和發展時的最低溫度。當環境溫度低于CPT時，金屬材料只會發生亞穩態點蝕，并會發生鈍化；當環境溫度高于CPT時，亞穩態點蝕會發展成穩態點蝕。測試CPT的方法有多種，如失重法、恒電位法、動電位法、電化學噪聲法、電學阻抗譜法等。其中失重法、動電位法和恒電位法經過多年的研究應用，形成了標準方法。

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

試驗

試驗材料為S22053鋼，是一種雙相不銹鋼，其化學成分如表1所示。

表1 S22053雙相不銹鋼的化學成分（質量分數）

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失重法試驗采用30mm×20mm×3mm塊狀試樣，試樣在丙酮溶液中進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，內部有金屬導電，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中，試樣背面用螺紋蓋壓緊。

1 失重法測CPT

試驗標準：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：6％（質量分數，下同）FeCl3＋1％HCl溶液

試驗時間：24H

試驗結束后，根據試樣腐蝕前后質量差計算腐蝕速率。當腐蝕速率不小于0.1mg/（cm2·d）時，對應的溫度即為CPT。

2 恒電位法測CPT

試驗標準：ASTM G150-2013

試驗介質：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系。待電流密度達到100μA/cm2并持續60S時，對應的溫度即為CPT。

3 動電位法測CPT

試驗標準：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行陽極極化，陽極極化曲線上電流密度為100μA/cm2時對應的電位為點蝕電位，而點蝕電位發生突變對應的溫度即為CPT。

結果與討論

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系

如圖3所示：電流密度達到100μA/cm2并持續60S時對應的溫度為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

對三種標準CPT測定方法進行比較，其試驗過程及試驗參數均不相同，具體如表2所示。

表2 三種標準CPT測定方法的特點

失重法測CPT需在一個溫度下試驗完后，根據其腐蝕速率或放大20倍后有無點蝕坑判斷是否進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，試驗結果容易受溶液溫度梯度和升溫速率的影響，對設備要求較高，試驗周期短，且測得的CPT為一個具體的數值；動電位法在多個溫度下進行試驗，需要的試樣最多，試驗時間較長，且標準中沒有對溫度的選取進行規定，多個溫度下測量后得到CPT 在一個范圍內，要使該范圍進一步縮小，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會隨環境中Cl-含量的增加而降低，因為Cl-含量越高，材料所處環境越苛刻，在夾雜物等缺陷附近比較薄弱的鈍化膜越容易被破壞，越易導致點蝕的萌生，也越易達到點蝕發生的臨界濃度，促進點蝕的發展，故三種方法測得的CPT隨環境中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，具有強烈的引發點蝕的傾向，從而導致了FeCl3溶液中材料的腐蝕速率在較低溫度下就達到較高的狀況。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，更容易導致點蝕的發生。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，主要考慮的是穩定點蝕長大的行為，由于該試驗方法中溶液環境較為苛刻，對于單一材料的點蝕形成過程不能準確地描述，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，不斷升高介質的溫度，當電流密度達到100μA/cm2并持續60S時對應的溫度即為CPT。兩種方法采用的評價參數分別是形成穩態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可較準確地反映材料形成穩態點蝕的臨界條件。但動電位法所需試樣數量和試驗時間都遠多于恒電位法，工程中常追求簡便準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用。

結論

（1） 由于試驗條件及判定發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境最苛刻，測得的CPT遠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確地描述，但該方法對設備要求低，且操作簡單。

（3）動電位法和恒電位法對設備要求高，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果均存在影響，但二者的測量參數都可較準確地反映材料形成穩態點蝕的臨界條件。且恒電位法還具有試樣數量少、測試時間短及測得的CPT為一個具體的數值等優點。