1. 動電位極化曲線分析
不同固溶處理后的2205雙相不銹鋼在不同溫度的3.5%NaCl溶液中的極化曲線如圖5.7所示。
從圖5.7中可以看出，不同固溶處理的2205雙相不銹鋼在20℃、30℃、45℃的3.5%NaCI溶液中都存在一定范圍的鈍化區，且彼此的鈍化區間相差不大。但是，當3.5%NaCl溶液的溫度提升至60℃時，（950℃、1000℃、1100℃、1150℃)/30min 固溶處理的雙(shuang)相(xiang)不銹鋼的鈍化范圍與1050℃/30min 固溶處理的雙相不銹鋼的鈍化范圍相比，其明顯變窄。這說明隨著溶液溫度的升高，1050℃/30min固溶處理的雙相不銹鋼的鈍化膜更加穩定。
根據GB 4334.9-1984,當腐蝕電流密度達到0.1mA/c㎡時，此時曲線上所對應的電位值就是點蝕電位。結合GB 4334.9-1984和圖5.7,得到不同固溶處理的2205雙相不銹鋼在不同溫度的3.5%NaCl溶液中的點蝕電位，如圖5.8和表5.3所示。
從(cong)圖5.8中可以(yi)(yi)看出(chu)，隨(sui)(sui)著(zhu)(zhu)3.5%NaCl溶(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)溫度(du)的(de)(de)升高(gao)，不(bu)同固(gu)(gu)溶(rong)(rong)處理(li)的(de)(de)雙(shuang)相不(bu)銹鋼的(de)(de)點蝕(shi)電位(wei)下(xia)降(jiang)(jiang)。并且(qie)可以(yi)(yi)看出(chu)，當(dang)溫度(du)從(cong)20℃升高(gao)至45℃時，不(bu)同固(gu)(gu)溶(rong)(rong)處理(li)的(de)(de)雙(shuang)相不(bu)銹鋼的(de)(de)點蝕(shi)電位(wei)下(xia)降(jiang)(jiang)的(de)(de)趨勢(shi)較為平(ping)緩；當(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)溫度(du)進一步升高(gao)至60℃時，（950℃、1000℃、1100℃、1150℃)/30min固(gu)(gu)溶(rong)(rong)處理(li)的(de)(de)雙(shuang)相不(bu)銹鋼的(de)(de)點蝕(shi)電位(wei)急(ji)劇下(xia)降(jiang)(jiang)，而1050℃/30min固(gu)(gu)溶(rong)(rong)處理(li)的(de)(de)雙(shuang)相不(bu)銹鋼的(de)(de)點蝕(shi)電位(wei)下(xia)降(jiang)(jiang)趨勢(shi)依然平(ping)緩，這說(shuo)明(ming)隨(sui)(sui)著(zhu)(zhu)溶(rong)(rong)液(ye)溫度(du)的(de)(de)升高(gao)，1050℃/30min 固(gu)(gu)溶(rong)(rong)處理(li)的(de)(de)雙(shuang)相不(bu)銹鋼的(de)(de)點蝕(shi)敏感性(xing)較低，且(qie)鈍化膜(mo)更加穩定。
從(cong)(cong)(cong)表5.3中也可以看出，對于(yu)(yu)950℃/30min固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼而(er)言(yan)，當3.5%NaCl溶(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)從(cong)(cong)(cong)20℃升高(gao)(gao)(gao)至(zhi)(zhi)(zhi)60℃時(shi)(shi)，其(qi)點(dian)蝕電(dian)(dian)(dian)位(wei)從(cong)(cong)(cong)1.0784V下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)0.56967V,降(jiang)(jiang)幅(fu)為(wei)(wei)0.50873V;對于(yu)(yu)1000℃/30min固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼而(er)言(yan)，當3.5%NaCl溶(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)從(cong)(cong)(cong)20℃升高(gao)(gao)(gao)至(zhi)(zhi)(zhi)60℃時(shi)(shi)，其(qi)點(dian)蝕電(dian)(dian)(dian)位(wei)從(cong)(cong)(cong)1.084V下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)0.57095V,降(jiang)(jiang)幅(fu)為(wei)(wei)0.51305V;對于(yu)(yu)1050℃/30min固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼而(er)言(yan)，當3.5%NaCI溶(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)從(cong)(cong)(cong)20℃升高(gao)(gao)(gao)至(zhi)(zhi)(zhi)60℃時(shi)(shi)，其(qi)點(dian)蝕電(dian)(dian)(dian)位(wei)從(cong)(cong)(cong)1.1348V下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)0.89279V,降(jiang)(jiang)幅(fu)為(wei)(wei)0.24171V;對于(yu)(yu)1100℃/30min 固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼而(er)言(yan)，當3.5%NaCl溶(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)從(cong)(cong)(cong)20℃升高(gao)(gao)(gao)至(zhi)(zhi)(zhi)60℃時(shi)(shi)，其(qi)點(dian)蝕電(dian)(dian)(dian)位(wei)從(cong)(cong)(cong)1.1255V下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)0.49891V,降(jiang)(jiang)幅(fu)為(wei)(wei)0.62659V;對于(yu)(yu)1150/30min℃固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼而(er)言(yan)，當3.5%NaCl溶(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)從(cong)(cong)(cong)20℃升高(gao)(gao)(gao)至(zhi)(zhi)(zhi)60℃時(shi)(shi)，其(qi)點(dian)蝕電(dian)(dian)(dian)位(wei)從(cong)(cong)(cong)1.073V下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)0.65157V,降(jiang)(jiang)幅(fu)為(wei)(wei)0.42143V.綜上(shang)所(suo)述可以看出，1050℃/30min固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕電(dian)(dian)(dian)位(wei)較(jiao)高(gao)(gao)(gao)，以及點(dian)蝕電(dian)(dian)(dian)位(wei)隨著溶(rong)(rong)(rong)液(ye)溫(wen)(wen)度(du)升高(gao)(gao)(gao)而(er)下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)的(de)(de)(de)(de)幅(fu)值較(jiao)低(di)(di)，說明其(qi)1050℃固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕敏感性較(jiao)低(di)(di)。而(er)950℃/30min、1000℃/30min、1100℃/30min、1150℃/30min 固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕電(dian)(dian)(dian)位(wei)都比1050℃/30min固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕電(dian)(dian)(dian)位(wei)低(di)(di)，耐點(dian)蝕性能有所(suo)下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)。
1050℃/30min固溶處理的2205雙相(xiang)不銹鋼在20℃3.5%NaCl溶液中(zhong)極化后的點蝕形貌如圖5.9所示(shi)。圖中(zhong)淡(dan)色(se)部分為奧氏體，深色(se)部分為鐵素體，黑色(se)部分為點蝕坑。
從圖5.9中可以看，點蝕易發生于鐵素體和鐵素體－奧氏體晶界處，并且點蝕易向鐵素體中發展。在雙相不銹鋼中，Cr、Mo、N是主要的耐點蝕元素，鐵素體含有更多量的Cr和Mo;而奧氏體還有更多的Ni和Mn,并且N元素富集于奧氏體相中，提高局部腐蝕抗力。雙相不銹鋼的耐點蝕當量值可由“PREN=％Cr+3.3×%Mo+16×%N”計算得到，耐點蝕當量值越高，雙相不銹鋼的耐點蝕能力越強。隨著固溶處理的溫度的升高，鐵素體的含量逐漸增加，而奧氏體的含量不斷減少，造成鐵素體中的Cr、Mo被稀釋，導致鐵素體的耐點蝕當量逐漸降低；而隨著固溶處理溫度的升高，奧氏體的含量降低，造成奧氏體中的N濃度升高，奧氏體耐點蝕當量逐漸升高。
雙相不(bu)銹(xiu)鋼中含(han)(han)(han)有較高含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)Cr和Mo,在(zai)氧化(hua)性(xing)(xing)介質中其(qi)表面會生(sheng)成一(yi)(yi)層鈍(dun)(dun)化(hua)膜(mo)(mo)保護(hu)基(ji)體(ti)(ti)(ti)。由于CI-對(dui)鈍(dun)(dun)化(hua)膜(mo)(mo)存在(zai)破壞(huai)性(xing)(xing)，甚(shen)至通過鈍(dun)(dun)化(hua)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)間隙，與(yu)基(ji)體(ti)(ti)(ti)金屬(shu)接觸，使得(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)發生(sheng)溶解。鈍(dun)(dun)化(hua)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)穩定性(xing)(xing)能(neng)(neng)夠(gou)反映其(qi)對(dui)金屬(shu)的(de)(de)(de)(de)保護(hu)程(cheng)度，而(er)點(dian)(dian)(dian)蝕電(dian)位能(neng)(neng)夠(gou)反映鈍(dun)(dun)化(hua)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)穩定性(xing)(xing)。通常情況下，點(dian)(dian)(dian)蝕電(dian)位越(yue)高，金屬(shu)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)越(yue)好。由第(di)3章(zhang)可知(zhi)，當固溶處(chu)理的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度為1050℃時(shi)，2205雙相不(bu)銹(xiu)鋼基(ji)體(ti)(ti)(ti)中的(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)與(yu)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)之比約為1:1,且鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)和奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)分布(bu)(bu)較均(jun)勻，Cr和Mo在(zai)鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)中的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)分布(bu)(bu)和N在(zai)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)中的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)分布(bu)(bu)較均(jun)勻，整體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)蝕當量(liang)(liang)(liang)較高，表現(xian)出(chu)(chu)較好的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)。當固溶處(chu)理的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度為950℃時(shi)，大量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)σ相會沿著鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)－奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)晶界析(xi)出(chu)(chu)，而(er)σ相是一(yi)(yi)種硬脆相，其(qi)周圍會存在(zai)貧鉻區，它的(de)(de)(de)(de)存在(zai)顯著降(jiang)低材料的(de)(de)(de)(de)力學性(xing)(xing)能(neng)(neng)和耐(nai)(nai)蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)，且σ相的(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)(chu)使其(qi)存在(zai)區域的(de)(de)(de)(de)鈍(dun)(dun)化(hua)膜(mo)(mo)薄弱，使得(de)點(dian)(dian)(dian)蝕電(dian)位較低，點(dian)(dian)(dian)蝕更容易發生(sheng)。當固溶處(chu)理的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度升(sheng)高至1150℃時(shi)，基(ji)體(ti)(ti)(ti)中的(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)百分比為59%,而(er)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)百分比為41%,鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)過多，導(dao)致鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)蝕當量(liang)(liang)(liang)下降(jiang)，造成耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)下降(jiang)。
2. 交流阻抗測試(shi)分析
不同固溶處理的2205雙相不銹鋼在不同溫度的3.5%NaCl溶液中的Nyquist圖如圖5.10所示。從圖5.10中可以看出，在不同溫度的3.5%NaCl溶液中的不同固溶處理的雙相不銹鋼的Nyquist圖中的高頻和低頻處，都存在一個容抗弧，說明雙相不銹鋼表面存在一層鈍化膜。所以該電化學過程中，存在兩個時間常數。并且，曹楚南的電化學阻抗譜分析也認為，不銹鋼鈍化過程存在兩個時間常數，這與本實驗所測數據是一致的。而本實驗的電化學阻抗測試是在雙相不銹鋼自鈍化狀態下進行的，而雙相不銹鋼在自腐蝕電位下形成的表面鈍化膜是存在缺陷的，材料表面由于缺陷的存在而暴露于電解質溶液中，所以采用如圖5.11所示的等效電路（其中，R1為溶液電阻；R2為電荷轉移電阻；R3為鈍化膜電阻；Cdl為雙電層電容；Cf為鈍化膜膜電容）。
根(gen)據圖5.11的(de)等效電(dian)路，利(li)用軟件ZSimpWin進行阻(zu)(zu)抗的(de)擬合，得到(dao)如(ru)圖5.12所(suo)示的(de)電(dian)荷轉移電(dian)阻(zu)(zu)曲線(xian)(xian)圖和(he)如(ru)圖5.13所(suo)示的(de)鈍化膜阻(zu)(zu)抗值曲線(xian)(xian)圖。電(dian)荷轉移電(dian)阻(zu)(zu)阻(zu)(zu)抗值和(he)鈍化膜阻(zu)(zu)抗值如(ru)表5.4所(suo)列。
從圖(tu)5.12中可(ke)以看出，隨著3.5%NaCl溶液(ye)溫度的(de)(de)(de)升高，不同固溶處(chu)理的(de)(de)(de)雙(shuang)相不銹鋼的(de)(de)(de)電(dian)化學反應的(de)(de)(de)電(dian)荷(he)轉移(yi)電(dian)阻降低，電(dian)化學反應的(de)(de)(de)阻力下降，電(dian)化學反應變快。耐蝕性能下降。
從圖5.13中可以看出，隨著3.5%NaCl溶液溫度的升高，不同固溶處理的雙相不銹鋼的鈍化膜阻抗值下降，鈍化膜穩定性變差，雙相不銹鋼的耐點蝕性能下降。一方面，O2在溶液中的溶解度隨著溫度的升高而降低，當NaCI溶液的溫度升高時，溶液中含氧量降低，導致雙相不銹鋼表面鈍化膜形成所需的O元素下降，降低鈍化膜形成的可能性；另一方面，隨著溶液溫度的升高，鈍化膜的溶解速度升高，導致雙相不銹鋼的耐點蝕性能下降。
從表5.4中可以看(kan)出(chu)；不(bu)銹(xiu)鋼的(de)電化學反(fan)應的(de)電荷轉移電阻阻抗值遠小于不(bu)銹(xiu)鋼的(de)鈍化膜(mo)阻抗值，說(shuo)明雙相不(bu)銹(xiu)鋼在0.5mol/L 3.5%NaCl溶液中的(de)耐(nai)蝕性主要是由(you)其表面的(de)鈍化膜(mo)的(de)穩定(ding)性決定(ding)。
從圖5.12和(he)圖5.13中(zhong)(zhong)可以看出(chu)，1050℃/30min固(gu)溶(rong)處(chu)理(li)(li)的雙相不(bu)銹鋼的鈍化(hua)膜阻抗(kang)值(zhi)(zhi)和(he)電荷轉(zhuan)移(yi)電阻阻抗(kang)值(zhi)(zhi)較(jiao)高，說明1050℃/30min固(gu)溶(rong)處(chu)理(li)(li)的試(shi)樣的鈍化(hua)膜較(jiao)穩定(ding)(ding)，電化(hua)學反應阻力較(jiao)高，腐蝕(shi)速(su)率較(jiao)慢，耐蝕(shi)性(xing)能較(jiao)好。而950℃固(gu)溶(rong)處(chu)理(li)(li)的試(shi)樣中(zhong)(zhong)存在較(jiao)多σ相，降低了表面的鈍化(hua)膜的穩定(ding)(ding)性(xing)，表現出(chu)較(jiao)低的鈍化(hua)膜阻抗(kang)值(zhi)(zhi)；同時在其(qi)周圍存在貧鉻區，加速(su)了腐蝕(shi)，表現出(chu)較(jiao)低的電荷轉(zhuan)移(yi)電阻值(zhi)(zhi)。對于1150℃/30min 固(gu)溶(rong)處(chu)理(li)(li)的試(shi)樣，其(qi)組織中(zhong)(zhong)含有過量的鐵素體，導致耐點(dian)蝕(shi)當量降低，點(dian)蝕(shi)電位(wei)較(jiao)1050℃/30min固(gu)溶(rong)處(chu)理(li)(li)的雙相不(bu)銹鋼的點(dian)蝕(shi)電位(wei)低。
以上(shang)結果(guo)表明(ming)，阻抗測試(shi)結果(guo)與極化曲(qu)線測試(shi)得到的結果(guo)是一致的，二(er)者都說明(ming)1050℃/30min固溶處(chu)理的試(shi)樣的耐點蝕性能較(jiao)好。
