导语：北京科技大学刘超副教授研究组研究了Te和热处理对15-5PH钢的耐蚀机理。含Te 15-5PH钢在热处理后基体位错密度下降，腐蚀倾向降低。热处理显著影响了Te改性夹杂物与钢基体之间的电位差。不锈钢由活化状态转变为钝化状态，抗腐蚀性能提高。热处理后钢材钝化膜的缺陷密度降低，促进了Cr、Te和TeO3在钝化膜中的富集，提高了钝化膜的稳定性和耐蚀性。通过Te的阳极氧化形成的难溶或缓慢溶解的碲酸盐膜，以及TeO3的自修复特性，提高了钝化膜的再钝化能力。

随着社会的发展，耐腐蚀金属材料被认为是克服钢铁材料固有的易腐蚀缺陷的重要发展方向。众所周知，材料的显微组织、夹杂物、合金成分，甚至腐蚀产物(如不锈钢表面钝化膜)都对材料的耐腐蚀性能有着重要的影响。因此，国际上众多研究人员开始尝试通过调节上述因素来提高材料的耐腐蚀性能。15-5PH不锈钢作为一种马氏体不锈钢其本身的耐点蚀性能并不优异，材料中的夹杂物等因素是影响其耐腐蚀性能的主要因素。

Te处理技术是近年来发展起来的一种新型夹杂物调制技术，可以有效改善钢中夹杂物的物理化学性质，提高钢的性能。我们之前的研究结果表明，在合理的Te元素含量区间内，可以有效地对15-5PH钢中的夹杂物进行改性，改变材料的理化性能，钝化膜层中的组织和成分，进而增强材料的耐蚀性。在早期的研究中，我们发现添加适量的Te可以改善钢的性能，含Te不锈钢的耐腐蚀性能取决于Te的添加量。热处理不仅影响钢中组织微观结构的重构、应力场的分布，还可能对材料中合金元素的分布产生影响。这些变化势必会对材料的耐腐蚀性能产生影响。

基于以上技术，北京科技大学的研究人员以含Te 15-5PH钢为研究对象，采用多尺寸结构表征和先进的微区电化学技术研究了热处理工艺对含Te不锈钢耐腐蚀性能的影响规律和机制。区别于先前的研究，本工作更关注热处理引起的含Te钢钝化膜特性差异及其对钝化膜溶解和点蚀形成的影响。研究采用新的合金化（Te处理）调制后，热处理对15-5PH钢耐腐蚀性能的影响规律和机制。在15-5PH不锈钢中添加适量的Te元素，其耐蚀性能显著提高。热处理降低了基体和夹杂物周围的晶格畸变，不锈钢整体腐蚀倾向降低。由于热处理的作用，不锈钢从活化转化为稳定的钝化，耐蚀性显著提高。热处理可以显著改变Te变质夹杂物与钢基体之间的电位差，进而影响点蚀萌生的驱动力。钢中应力分布场的变化同样会对Te改性夹杂物诱发的点蚀行为产生显著影响，进而影响材料的耐腐蚀性能。含Te钢热处理后保护电位升高，不锈钢钝化能力增强。通过Mott-Schottky和XPS测试发现，热处理后15-5PH不锈钢表面的钝化膜缺陷明显减少，而钝化膜中的Cr、Te含量发生了明显变化，进而提高了材料的耐蚀性。热处理促进了Cr、Te和TeO3在钝化膜中的富集。通过Te的阳极氧化形成的难溶或缓慢溶解的碲酸盐膜，以及TeO3的自修复特性，提高了钝化膜的再钝化能力。本研究确定了热处理对含Te马氏体不锈钢耐腐蚀性能的影响机制，对于指导新型耐蚀不锈钢工业生产中钝化膜的控制具有重要意义。相关研究成果以题为“Influence mechanism of heat treatment on corrosion resistance of Te-containing 15-5PH stainless steel”发表在《corrosion science》上。

链接 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X23006522

图1 .含Te 15-5PH钢在热处理前（a）和热处理后（b）的光学显微镜照片和TEM图像，热处理后含Te钢马氏体板条变宽，钢中位错密度下降，析出相的尺寸略微变大。

图2 热处理前后试样的EBSD结果。（a，b）反极图的晶粒取向，（c-e）色编码映射的籽粒平均取向差，热处理后的含Te钢基体具有更低的位错密度，说明热处理后的样品处于更低的应力状态。

图3 含Te 15-5PH钢热处理前（a）和热处理后（b）MnS-Te区域的EBSD结果。（1）靶区的FE-SEM图像，（2）靶区的平均位错密度图（KAM），热处理后夹杂物周围晶格畸变更低，夹杂物腐蚀倾向减弱。

图4 含Te 15-5PH钢中MnS-Te夹杂物的SKPFM和CSAFM结果（a）：热处理前，（b）：热处理后。热处理后夹杂物和基体的电势差降低，降低了夹杂物的腐蚀倾向。

图5 含Te 15-5PH钢在3.1 wt.% NaCl溶液中的电位极化曲线，热处理后钢材由活化转化为了钝化，含Te不锈钢的耐腐蚀性明显增强。

图6 含Te 15-5PH钢在NaCl溶液中的Mott-Schottky图，热处理后形成的钝化膜具有更无序的结构，溶液/金属界面处的电化学反应减少，提高了钝化膜的稳定性。

图7 热处理前后含Te 15-5PH钢的循环伏安曲线，热处理后含Te钢的保护电位较高，钢材钝化能力增强。

图8 （a）含Te 15-5PH钢钝化膜中Cr、Fe、Te和Cu的原子浓度；（b）含Te 15-5PH钢钝化膜中Cr、Fe、Te和Cu化合物的相对含量，热处理促进了Cr、Te和TeO3在钝化膜中的富集，提高了钝化膜的稳定性。

图9 含Te的15-5PH钢（a）热处理前和（b）热处理后的局部腐蚀过程图，热处理后，不锈钢表面的位错密度降低，基体的腐蚀风险降低。Cr在钝化膜中的富集和TeO3含量的增加降低了基体腐蚀的倾向。

图10 MnS-Te夹杂物的腐蚀机理图，在MnS-Te复合夹杂物中，MnS作为阳极相优先溶解。随着腐蚀的进行，Te最终溶解。

北京科技大学的研究人员在本工作中研究了热处理工艺对含Te 15-5PH钢耐腐蚀性能的影响机制。主要结论归纳如下：

（1）热处理增大了不锈钢中马氏体板条和析出相的尺寸，减小了基体和夹杂物周围的晶格畸变。基体的整体腐蚀倾向降低，钢的耐腐蚀性能提高。

（2）由于热处理的作用，不锈钢经历了从活化到稳定钝化的转变，耐蚀性显著提高。此外，热处理导致含Te钢的保护电位升高，从而提高其钝化能力。

（3）含Te钢的钝化膜表现出n型半导体特性。热处理过程减缓了钝化膜内阳离子空位的迁移，从而有效降低了氯离子的特征吸附，增强了膜层稳定性。

（4）热处理促进了Cr、Te和TeO3在钝化膜中的富集。TeO3的水解和沉淀在一定程度上赋予了钝化膜自修复能力。通过Te阳极氧化形成难溶或缓慢溶解的碲酸盐膜，提高了钢钝化膜的再钝化能力。