铬锰不锈钢在酸性食物模拟环境中的腐蚀行为研究

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近年来,铬镍型不锈钢(SS)厨具由于美观、易清洁等优势,受到消费者的亲睐。在我国镍资源相对缺乏的大背景下,以锰代镍的不锈钢得到快速发展,然而降低镍含量会在一定程度上影响不锈钢的耐蚀性,使其在食物环境中可能溶出过量金属元素而影响人们的身体健康。因此,阐明铬锰型不锈钢在食物环境中的腐蚀与元素溶出行为具有重要的理论和实际意义。本论文以沸腾的4 vol%醋酸溶液模拟酸性食物环境,运用电化学测试技术与ICP-AES、SEM、XPS等方法研究了铬锰型不锈钢的腐蚀行为,并探讨了Cl-、温度、粗糙度和合金元素对其腐蚀行为的影响。研究了Cl-对BN4不锈钢的腐蚀和元素溶出行为的影响,结果表明BN4不锈钢在稀醋酸和含Cl-的稀醋酸溶液中均能够钝化,但Cl-会促进钝化膜的腐蚀溶解过程。两种溶液中金属元素的稳定溶出速率顺序为:Fe>Mn>Cr>Ni,Fe和Mn元素的优先溶解促使Cr在表面钝化膜中富集,钝化膜主要由铬的氧化物和氢氧化物组成。Cl-会促进Fe和Mn元素的腐蚀溶出,但对Cr和Ni溶出的影响较小。研究了温度和粗糙度对BN4不锈钢在酸性食物模拟环境中的腐蚀行为的影响。结果表明,温度升高,不锈钢腐蚀电位下降,维钝电流密度升高,点蚀电位呈线性下降趋势,升高温度对腐蚀的阳极溶解过程有促进作用。不锈钢表面粗糙度增加,钝化膜的极化电阻值降低,缺陷浓度增加,钝化膜的保护性能下降;同时,点蚀电位下降,维钝电流密度升高,不锈钢的耐蚀性降低。研究了合金元素对不锈钢在酸性食物模拟环境中的腐蚀行为的影响。结果表明,BN1、BN4和304三种不锈钢在沸腾酸性食物腐蚀环境中均可发生钝化而维持较低的腐蚀速率。在13 h浸泡时间内,三种钢腐蚀的极化电阻随时间的延长而不断增大,腐蚀阻力的大小顺序为:304 SS>BN4>BN1。三种不锈钢中金属元素的1 h初始溶出量和13 h总溶出量的大小顺序均为:Fe>Mn>Cr>Ni;Fe、Mn和Cr的初始和总溶出量大小顺序均为:BN1>BN4>304 SS,Ni的初始和总溶出量大小顺序为:304 SS>BN4>BN1。BN1不锈钢中Mn含量较高,Cr、Ni含量较低,极化电阻值较小,钝化膜的保护性能较弱,导致Fe、Mn和Cr元素溶出量相对较大。三种不锈钢的Ni溶出速率均较低,Ni含量较高的钢,其Ni溶出量相对较多。
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