【摘 要】
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不锈钢因其优异的耐腐蚀性能,被广泛用于化工、核电、军事装备、油气采输、食品加工等领域。然而,当腐蚀介质中存在氯离子时,往往会诱发点蚀的产生,导致不锈钢快速失效。不锈钢在磨损腐蚀（简称磨蚀）这种由机械磨损与电化学腐蚀共同引发的特殊失效形式中,氯离子同样会诱发点蚀的生成,但是其点蚀行为与常规静态点蚀有着很大区别,主要体现在"塌陷式"的形貌特征和在远低于点蚀电位以下即可发生这两个方面,但目前对其形成机制
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不锈钢因其优异的耐腐蚀性能,被广泛用于化工、核电、军事装备、油气采输、食品加工等领域。然而,当腐蚀介质中存在氯离子时,往往会诱发点蚀的产生,导致不锈钢快速失效。不锈钢在磨损腐蚀（简称磨蚀）这种由机械磨损与电化学腐蚀共同引发的特殊失效形式中,氯离子同样会诱发点蚀的生成,但是其点蚀行为与常规静态点蚀有着很大区别,主要体现在"塌陷式"的形貌特征和在远低于点蚀电位以下即可发生这两个方面,但目前对其形成机制尚未明确。因此本研究以316L不锈钢作为对象,研究了其在3.5 wt.%溶液中磨蚀时表面"塌陷式"点蚀的形成机制。研究中利用往复式摩擦磨损仪与电化学工作站联用,同时控制并监测机械摩擦参数与电化学信号。通过改变外加载荷和外加电位这两个关键参数,探究机械因素和电化学因素对"塌陷式"点蚀形成的影响,并使用超薄切片、扫描电镜、透射电镜等手段对"塌陷式"点蚀形貌特征及不锈钢表层变形组织进行了详细表征。实验结果表明:316L不锈钢在3.5 wt.%溶液中磨蚀时表面会产生"塌陷式"特征的点蚀,该种点蚀的发生电位（0 mVvs.Ag/AgCl）远低于点蚀电位（400 mVvs.Ag/AgCl）;"塌陷式"点蚀的数量和尺寸会随着载荷的增大和外加电位的上升而增多、扩大。通过对"塌陷式"点蚀的表征发现,该类点蚀的形成源于先前常规点蚀的形成,常规点蚀形成后,在其底部产生局部应力集中,进而诱发裂纹的产生及扩展,随后在闭塞电池的作用下发生加速溶解,当内部材料溶解至一定程度时,材料表面塌陷。"塌陷式"点蚀的形成与不锈钢表面在磨蚀中形成的梯度纳米变形组织密切相关。首先,大量晶界和位错的产生提高了不锈钢的活性,加速阳极溶解,这有利于常规点蚀的形成及发展;其次高密度晶界和位错充当了元素扩散的快速通道,这使得变形层中的Cr元素快速扩散到溶液中,导致变形层内贫Cr,这会加速点蚀的发展;最后,梯度变形组织与未变形材料间会在阳极溶解的促进作用下发生沿晶的裂纹扩展。
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