北京科技大学团队研究了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。
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。
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。
(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。
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