奥氏体不锈钢由于具有良好的耐均匀腐蚀性能及成型性能而得到广泛应用,但在含有侵蚀性阴离子(比如Cl-离子)的溶液中却容易发生局部腐蚀(点蚀)。尤其是纳米化和双尺度化后,不锈钢的耐点蚀性能显得更为重要。本文正是在此背景下以304奥氏体不锈钢为研究对象,开展了单一纳米晶和双尺度结构不锈钢的点蚀行为和变化规律。首先,对固溶处理的粗晶不锈钢(晶粒尺寸约为50μm)进行8道次等径角挤压(ECAP)获得晶粒尺寸为100 nm的单一纳米晶结构不锈钢;再对单一纳米晶不锈钢进行750℃-30min的热处理,获得体积比62%、平均晶粒尺寸350nm的细晶部分(即基体部分)和体积比38%、平均晶粒尺寸1.4μm的微米级晶粒部分(即嵌体部分)组成的双尺度结构不锈钢。然后利用静态浸泡法、动电位极化曲线、恒电位极化曲线、电化学阻抗及电化学噪声等方法对三种晶粒尺寸(粗晶、单一纳米晶、双尺度结构)的不锈钢进行点蚀性能研究,重点分析了双尺度结构化和纳米化对奥氏体不锈钢点蚀性能的影响规律。结果发现,单一纳米晶不锈钢和双尺度结构不锈钢的耐点蚀性能均优于粗晶不锈钢,而单一纳米晶不锈钢的耐点蚀性能又优于双尺度结构不锈钢。其原因是双尺度结构和纳米晶结构不锈钢在开始阶段(浸泡10s)可以在表面快速形成一层相对致密的钝化膜,保护性更好,而粗晶不锈钢表面形成的钝化膜相对疏松,因此其保护性较差;另外,纳米晶和双尺度结构不锈钢的点蚀生长发展速率比粗晶不锈钢要小得多。同时,也对三种晶粒尺寸分布的不锈钢进行了单个点蚀孔形貌分析。在相同腐蚀介质中浸泡相同时间,粗晶不锈钢点蚀孔直径和深度均更大,点蚀孔基本是沿纵深立体化发展,最终形成“沟壑”状腐蚀形貌;双尺度和单一纳米晶不锈钢表面出现的点蚀孔更小,没有出现明显的深沟状点蚀现象,只是呈现出二维平面方向发展的特征,最后分别形成“地垄”或“层峦”状的点蚀形貌。分析认为,这与纳米化过程导致不锈钢中Mn S杂质细化有关。电化学阻抗谱结果表明,单一纳米晶不锈钢的阻抗值远远大于双尺度不锈钢和粗晶不锈钢,而双尺度不锈钢又大于粗晶不锈钢。另外,粗晶不锈钢在浸泡76h时阻抗谱出现双容抗弧,这表明浸泡76 h后粗晶不锈钢表面便出现明显点蚀现象,而对于双尺度结构和单一纳米晶结构不锈钢来讲,这一时间分别为120h和160h。以上现象说明,在3.5%Na Cl溶液中,单一纳米晶不锈钢具有更稳定的电化学特性,双尺度结构不锈钢次之,粗晶不锈钢最差。最后,分析了三种不锈钢的电位噪声和电流噪声。结果表明,纳米晶不锈钢钝态期(120小时)和点蚀稳定发展期(70小时)的持续时间最长;粗晶不锈钢以上两种阶段持续时间最短,各为48小时和24小时;双尺度结构不锈钢介于二者之间。这是由于单一纳米晶不锈钢表面钝化膜具有更好的保护能力,粗晶不锈钢表面钝化膜保护能力较差,所以单一纳米晶钝态期较长,而粗晶不锈钢钝态期更短;当不锈钢表面钝化膜遭到破坏以后,由于不同晶粒尺寸的点蚀生长过程不同,单一纳米晶和双尺度结构不锈钢点蚀生长较慢所以稳定态点蚀持续时间也比粗晶不锈钢更长。总体而言,在3.5%Na Cl溶液中,单一纳米晶不锈钢的耐点蚀性能最优,双尺度结构不锈钢次之,粗晶不锈钢最差。这是由三者基体结构依次不同导致表面钝化膜致密性依次变差所致。