【文章內(nèi)容簡介】 蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 8 (4)溶液 pH 值的影響 隨著 PH 值的升高，點(diǎn)蝕點(diǎn)位 也 明顯的 增高 。 (5)介質(zhì)溫度的影響 溫度升高，對不銹鋼來說點(diǎn)蝕電位降低能提高氯離子擴(kuò)散速度。 極化曲線 極化曲線 表示電極電位與極化電流或極化電流密度之間的關(guān)系曲線。如電極分別是陽極或陰極，所得曲線分別稱之為陽極極化曲線或陰極極化曲線 。 極化曲線分為四個(gè)區(qū)，活性溶解區(qū)、過渡鈍化區(qū)、穩(wěn)定鈍化區(qū)、過鈍化區(qū)。極化曲線可用實(shí)驗(yàn)方法測得。分析研究極化曲線，是解釋金屬腐蝕的基本規(guī)律、揭示金屬腐 蝕機(jī)理和探討控制腐蝕途徑的基本方法之一。 金屬的陽極 極化 過程是指金屬作為陽極時(shí)在一定的外電勢下發(fā)生的陽極溶解過程，如下式所示： M→Mn +＋ ne。 此過程只有在電極電勢正于其熱力學(xué)電勢時(shí)才能發(fā)生。陽極的溶解速度隨電位變正而逐漸增大，這是正常的陽極溶出，但當(dāng)陽極電勢正到某一數(shù)值時(shí)，其溶解速度達(dá)到最大值，此后陽極溶解速度隨電勢變正反而大幅度降低，這種現(xiàn)象稱為金屬的鈍化現(xiàn)象。圖 15 中曲線表明，從 a點(diǎn)開始，隨著電位向正方向移動(dòng)，電流密度也隨之增加，電勢超過 c 點(diǎn)后，電流密度隨電勢增加迅速減至最小，這是因?yàn)樵诮饘俦砻嫔?產(chǎn)了一層電阻高，耐腐蝕的鈍化膜。 c 點(diǎn)對應(yīng)的電勢稱為臨界鈍化電勢，對應(yīng)的電流稱為臨界鈍化電流。電勢到達(dá) d 點(diǎn)以后，隨著電勢的繼續(xù)增加，電流卻保持在一個(gè)基本不變的很小的數(shù)值上，該電流稱為維鈍電流，直到電勢升到 e 點(diǎn)，電流才有隨著電勢的上升而增大，表示陽極又發(fā)生了氧化過程，可能是高價(jià)金屬離子產(chǎn)生也可能是水分子放電析出氧氣， de 段稱為過鈍化區(qū)。 極化曲線的測定 (1)恒電位法 恒電位法就是將研究電極依次恒定在不同的數(shù)值上，然后測量對應(yīng)于各電位下的電流。極化曲線的測量應(yīng)盡可能接近體系穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)體系指被研 究體系的極化電流、電極電勢、電極表面狀態(tài)等基本上不隨時(shí)間而改變。在實(shí)際測量中，常蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 9 用的控制電位測量方法有以下兩種： 靜態(tài)法 ：將電極電勢恒定在某一數(shù)值，測定相應(yīng)的穩(wěn)定電流值，如此逐 圖 14 極化曲線 圖 15 鈍化曲線 點(diǎn)地測量一系列各個(gè)電極電勢下的穩(wěn)定電流值，以獲得完整的極化曲線。對某些體系，達(dá)到穩(wěn)態(tài)可能需要很長時(shí)間，為節(jié)省時(shí)間，提高測量重現(xiàn)性，往往人們自行規(guī)定每次電勢恒定的時(shí)間。 動(dòng)態(tài)法 ：控制電極電勢以較慢的速度連續(xù)地改變 (掃描 )，并測量對應(yīng)電位下的瞬時(shí)電流值， 以瞬時(shí)電流與對應(yīng)的電極電勢作圖，獲得整個(gè)的極化曲線。一般來說，電極表面建立穩(wěn)態(tài)的速度愈慢，則電位掃描速度也應(yīng)愈慢。因此對不同的電極體系，掃描速度也不相同。為測得穩(wěn)態(tài)極化曲線，人們通常依次減小掃描速度測定若干條極化曲線，當(dāng)測至極化曲線不再明顯變化時(shí)，可確定此掃描速度下測得的極化曲線即為穩(wěn)態(tài)極化曲線。同樣，為節(jié)省時(shí)間，對于那些只是為了比較不同因素對電極過程影響的極化曲線，則選取適當(dāng)?shù)膾呙杷俣壤L制準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)極化曲線就可以了。 上述兩種方法都已經(jīng)獲得了廣泛應(yīng)用，尤其是動(dòng)態(tài)法，由于可以自動(dòng)測繪，掃描速度可控制一定，因而測 量結(jié)果重現(xiàn)性好，特別適用于對比實(shí)驗(yàn)。 (2)恒電流法 恒電流法就是控制研究電極上的電流密度依次恒定在不同的數(shù)值下，同時(shí)測定相應(yīng)的穩(wěn)定電極電勢值。采用恒電流法測定極化曲線時(shí)，由于種種原因，給定電流后，電極電勢往往不能立即達(dá)到穩(wěn)態(tài)，不同的體系，電勢趨于穩(wěn)態(tài)所需要的蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 10 時(shí)間也不相同，因此在實(shí)際測量時(shí)一般電勢接近穩(wěn)定 (如 1min～ 3min 內(nèi)無大的變化 )即可讀值，或人為自行規(guī)定每次電流恒定的時(shí)間。 浸泡腐蝕 本試驗(yàn)方法 通過測量 不銹鋼在 6％三氯化鐵溶液中 點(diǎn)腐蝕速率，來評價(jià)其耐點(diǎn)蝕性能 。用符合 GB?T622 規(guī)定的優(yōu)級純鹽酸和蒸餾水或去離子水配制成 ?L 的鹽酸溶液，把符合 HG?T31085 規(guī)定的分析純?nèi)然F 100g 溶于 ?L 鹽酸溶液中，配制成 6％三氯化鐵溶液。 使用玻璃制的燒杯等作為試驗(yàn)容器，推薦使用按圖 16 制作的實(shí)驗(yàn)支架。支架用聚氯乙烯塑料管或玻璃管制成，試樣能水平的放置在 S、 T、 W 三個(gè)頂端上。三個(gè)頂端要磨尖。以試樣能大致處在溶液中間部位來確定支架高度 h。支架側(cè)面鉆適當(dāng)大小的 q、 r 二孔使溶液能夠?qū)α?。采用能使試?yàn)溶液保持在規(guī)定溫度的恒溫槽。 16實(shí)驗(yàn)支架 圖 17鈍化金屬典型的環(huán)形陽極極化曲線圖 點(diǎn)蝕點(diǎn)位測量方法 本試驗(yàn)方法適用于動(dòng)電位法測量不銹鋼在中性 ％氯化鈉溶液中的點(diǎn)蝕 電位。 試驗(yàn)溶液為 ﹪氯化鈉溶液，用符合 GB/T1266規(guī)定的分析純氯化鈉 35g溶于 965mL蒸餾水或去離子水中配制而成。 由恒電位儀、電位掃描裝置、記錄儀、玻璃電解槽 (容積大于 300 ml)和恒溫 槽等組成。參比電極推薦用甘汞電極或氯化銀電極，輔助電極用鉑電極或石墨電極。輔助電極的面積至少是工作電極而積的 2 倍。但是在對比 試驗(yàn)中，每次試驗(yàn)的參比電極和蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 11 輔助電極應(yīng)分別一致。 陽極 循環(huán)曲線法 陽極 循環(huán)曲線法又稱循環(huán)伏安法，是一種常用的電化學(xué)研究方法。該法控制電極電勢以不同的速率，隨時(shí)間以三角波一次或多次反復(fù)掃描，電勢范圍是使電極上能交替發(fā)生不同的氧化和還原反應(yīng)，并記錄電流 電勢曲線 。根據(jù)曲線形狀可以判斷電極反應(yīng)的可逆程度，中間體、相界吸附或新相形成的可能性，以及偶聯(lián)化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)等。 圖 18 循環(huán)伏安法原理： (a) 循環(huán)電位掃描 (b) 循環(huán)伏安譜 在一個(gè)典型的循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)中，工作電極一般為浸在溶液中的固定電極。為 了盡可能降低歐姆電阻，最好采用三電極系統(tǒng)。在三電極系統(tǒng)中，電流通過工作電極和對電極。工作電極電位是以一個(gè)分開的參比電極（如飽和甘汞電極， SCE）為基準(zhǔn)的相對電位。在循環(huán)伏安測試實(shí)驗(yàn)中，工作電極的電位以 10 mV/s 到 200 mV/s 的掃描速度隨時(shí)間線性變化 (圖 18(a))，在此同時(shí)記錄在不同電位下的電流 (圖 18(b))。 本課題的意義 1Cr17 不銹鋼是一種 耐蝕性良好的通用鋼種 。 硼是一種微合金化元素，其在鋼中的作用一直受到材料研究者的關(guān)注，但微量硼對鐵素 體不銹鋼的影響尚未有人研究過。本試驗(yàn)用真空重熔的方法在 1Cr17 不銹鋼中加入不同比分的微量硼元素（加入量 0ppm、 16ppm、 22ppm、 28ppm） ,經(jīng)鑄造后，研究硼元素對 1Cr17 不銹鋼點(diǎn)蝕行蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 12 為的影響。這樣就可以讓人們更好的了解 1Cr17 不銹鋼的耐蝕特性。 本課題主要研究內(nèi)容 ，掌握以下內(nèi)容： ① 鐵素體不銹鋼的組織、性能特點(diǎn)及熱處理；② 全面了解硼元素在鋼中的作用，尤其是對耐蝕性能的影響； ③ 全 面掌握不銹鋼點(diǎn)蝕的各種機(jī)理； ④ 全面掌握影響點(diǎn)蝕的各種因素； ⑤ 掌握不銹鋼的電化學(xué)腐蝕原理，掌握極化曲線，陽極極化曲線反應(yīng)的各參數(shù)的含義及點(diǎn)蝕電位的測量方法； ⑥ 掌握評價(jià)點(diǎn)蝕敏感性各種實(shí)驗(yàn)方法和相關(guān)指標(biāo)。 ，參與確定技術(shù)路線，制定技術(shù)方案，完成該課題的試驗(yàn)。 ，利用金相顯微鏡及 SEM 分析腐蝕形貌。 ，得出研究目標(biāo)所要求的結(jié)論 。 蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 13 第二章 試驗(yàn)過程 （流程圖） 冶煉工藝 四 種成分的不銹鋼要求采用同樣的冶煉工藝，即加熱時(shí)采用的功率、加熱時(shí)間、加入氬氣的時(shí)間及壓力、加入硼鐵后的均溫時(shí)間，澆注后到出爐的時(shí)間等保持相同。 首先抽真空至 179。 102Pa，開始通電升溫，采用功率 15KW， 4 分鐘后升到 30KW，鑄造 真空冶煉 化成分析 稱重 、 測量尺寸 配制電化學(xué)腐蝕液 稱 重 腐蝕式樣 測量尺寸 拍 照 切割、 磨制試樣 金相分析 電化學(xué)實(shí)驗(yàn) SEM、 EDS、 TEM 分析 數(shù)據(jù)分析 蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 14 再過 4 分鐘后升到 38KW，加熱到發(fā)紅時(shí)，真空度達(dá) 179。 102Pa，停止抽真空通入氬氣保護(hù)，氬氣壓力為 ,等 試樣全部熔化后加入 硼鐵 ，經(jīng)電磁攪拌 8分鐘使合金元素均勻化后，在真空下澆鑄至鑄模。在爐中冷卻約 30 分鐘后出爐。出爐后再冷卻10 分鐘后倒出鑄模。 鑄模要求：用鋯英砂醇基快干涂料（已有）刷 23毫米厚，烘干即可。 扒皮切頭取化分樣： 每個(gè) 試樣出爐后尺寸 約 為φ 103179。 110mm，扒皮后約為φ 95φ 92，上半部分有縮孔，切頭后約有 5560mm 長無缺陷。從上半部分切去鑄態(tài)金相、腐蝕、硬度試樣，下半部分（無缺陷部分）鍛后切取各種試樣化分樣從扒皮后的圓柱表面車取即可。 化學(xué) 成分分析 本實(shí)驗(yàn)利用分光光度 法對加 B 的 1Cr17 不銹鋼進(jìn)行化學(xué)分析。 分光光度法是通過測定被測物質(zhì)在特定波長處或一定波長范圍內(nèi)光的吸收度，對該物質(zhì) 進(jìn)行定性和定量分析的方法。 表 21 分光光度法測得的 1Cr17不銹鋼內(nèi)化學(xué)元素及含量 試樣編號(hào) C Si Mn P S Ni Cr 0PPM ZT01 ZT02 ZT03 試樣編號(hào) Cu Mo V Al Nb B N 0PPM 0ppm ZT01 16ppm ZT02 26ppm ZT03 28ppm 取樣位置及尺寸 對鍛造及熱處理后的式樣進(jìn)行扒皮切頭后，在半徑的 1/2 處取樣。沖擊試樣尺寸 :取一個(gè) 15179。 15179。 6 的試樣；浸泡腐蝕試樣：每個(gè)相同樣上去 2個(gè) 20179。 20179。 4的平衡樣；蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 15 電化學(xué)腐蝕試樣：每個(gè)相同樣上去 2 個(gè)Φ 10179。 8 的平衡樣。 試樣的制備 首先將取好的試樣在金相實(shí)驗(yàn)室依次用型號(hào)為 w50， w20， w7 的砂紙磨光，直到?jīng)]有較深的劃痕；然后 將試樣在拋光機(jī)上拋光，直到表面光亮有很好的鏡面效果。最后用氯 化 高鐵溶液（濃度）腐蝕試樣，直到在光學(xué)顯微鏡 100 倍、 400 倍下能看清組織。 2．浸泡腐蝕試樣的制備 首先將取好的試樣在金相實(shí)驗(yàn)室依次用型號(hào)為 w50， w20， w7 的砂紙磨光，直到?jīng)]有較深的劃痕；然后將試樣在拋光機(jī)上拋光，直到表面光亮有很好的鏡面效果 。 最后用濃度為 5%的硫酸溶液腐蝕試樣， 直到在光學(xué)顯微鏡 100 倍、 400 倍下能看清組織。 3 電化學(xué)腐蝕試樣的制備 首先將取好的試樣在金相實(shí)驗(yàn)室依次用型號(hào)為 w50， w20， w7 的砂紙磨光，直到?jīng)]有較深的劃痕； 然后將試樣在拋光機(jī)上拋光，直到表面光亮有很好的鏡面效果 。 金相分析 光 學(xué)顯微鏡能夠在較低的放大倍數(shù)下比較清楚的看到腐蝕樣的組織特點(diǎn)，以及夾雜物的分布，且成本低廉。本實(shí)驗(yàn)采用光學(xué)金相顯微鏡型號(hào)為 分析試樣的組織特點(diǎn)，以及碳化物的分布、數(shù)量、和形貌 。 SEM（掃描電鏡）分析 經(jīng)拋光腐蝕后金相樣品的二次電子相分辨率及立體感遠(yuǎn)好于光學(xué)金相照片。原子序數(shù)對背散射電子產(chǎn)額比較敏感。在原子序數(shù) Z 小于 40 的范圍內(nèi)，背散射電子的產(chǎn)額對原子序 數(shù)十分敏感。在進(jìn)行分析時(shí)，樣品上原子序數(shù)較高的區(qū)域由于收集到得背散射電子數(shù)量多，故熒光屏上的圖像較亮。因此利用原子序數(shù)造成的襯度變化可以對各種金屬和合金進(jìn)行定性的成分分析。樣品中重元素區(qū)域相對于圖像上是亮區(qū)，而氫元素區(qū)域則為暗區(qū)。利用原子序數(shù)襯度來分析晶界上或晶粒內(nèi)部不同種類的析出相是十分有效的。因?yàn)槲龀鱿喑煞植煌ぐl(fā)出的背散射電子數(shù)量也不同，致使掃描電子顯微圖像上出現(xiàn)亮度上的差別。從亮度上的差別，我們就可以根據(jù)樣品的原始資料定蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 16 性的判定析出物相的類型。 本實(shí)驗(yàn)采用（ JSM6700F）掃描電鏡， 鑄 態(tài)試樣中 各相的形態(tài)數(shù)量和分布（ 鑄 態(tài)碳化物的位置、大小、數(shù)量） 。 EDS（能譜儀）分析 經(jīng)拋光腐蝕后金相樣品的二次電子相分辨率及立體感遠(yuǎn)好于光學(xué)金相照片。原子序數(shù)對背散射電子產(chǎn)額比較敏感。在原子序數(shù) Z 小于 40 的范圍內(nèi)，背散射電子的產(chǎn)額對原子序數(shù)十分敏感。在進(jìn)行分析時(shí)，樣品上原子序數(shù)較高的區(qū)域由于收集到得背散射電子數(shù)量多，故熒光屏上的圖像較亮。因此利用原子序數(shù)造成的襯度變化可以對各種金屬和合金進(jìn)行定性的成分分析。樣品中重元素區(qū)域相對于圖像上是亮區(qū)，而氫元素區(qū)域則為暗區(qū)。利用原子序數(shù)襯度來分析晶界上或 晶粒內(nèi)部不同種類的析出相是十分有效的。因?yàn)槲龀鱿喑煞植煌?，激發(fā)出的背散射電子數(shù)量也不同，致使掃描電子顯微圖像上出現(xiàn)亮度上的差別。從亮度上的差別，我們就可以根據(jù)樣品的原始資料定性的判定析出物相的類型。 本實(shí)驗(yàn)采用（ EPMA1600） 能譜儀 ， 鑄 態(tài)試樣中各相的形態(tài)數(shù)量和分布（ 鑄 態(tài)碳化物的位置、大小、數(shù)量） 。 FeCl3 浸泡腐蝕試驗(yàn)方法 本試驗(yàn)方法適用于評價(jià)不銹鋼在 6％三氯化鐵溶液中的耐點(diǎn)蝕性能，測出不銹鋼在氯離子介質(zhì)中的腐蝕速率。 用符合 GB?T622 規(guī)定的優(yōu)級純鹽 酸和蒸餾水或