【文章內(nèi)容簡介】 蘭州理工大學本科生畢業(yè)論文 8 (4)溶液 pH 值的影響 隨著 PH 值的升高，點蝕點位 也 明顯的 增高 。 (5)介質(zhì)溫度的影響 溫度升高，對不銹鋼來說點蝕電位降低能提高氯離子擴散速度。 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)。極化曲線可用實驗方法測得。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電勢時才能發(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，但當陽極電勢正到某一數(shù)值時，其溶解速度達到最大值，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點開始，隨著電位向正方向移動，電流密度也隨之增加，電勢超過 c 點后，電流密度隨電勢增加迅速減至最小，這是因為在金屬表面生 產(chǎn)了一層電阻高，耐腐蝕的鈍化膜。 c 點對應的電勢稱為臨界鈍化電勢，對應的電流稱為臨界鈍化電流。電勢到達 d 點以后，隨著電勢的繼續(xù)增加，電流卻保持在一個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，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，然后測量對應于各電位下的電流。極化曲線的測量應盡可能接近體系穩(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)等基本上不隨時間而改變。在實際測量中，常蘭州理工大學本科生畢業(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，測定相應的穩(wěn)定電流值，如此逐 圖 14 極化曲線 圖 15 鈍化曲線 點地測量一系列各個電極電勢下的穩(wěn)定電流值，以獲得完整的極化曲線。對某些體系，達到穩(wěn)態(tài)可能需要很長時間，為節(jié)省時間，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間。 動態(tài)法 ：控制電極電勢以較慢的速度連續(xù)地改變 (掃描 )，并測量對應電位下的瞬時電流值， 以瞬時電流與對應的電極電勢作圖，獲得整個的極化曲線。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，當測至極化曲線不再明顯變化時，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?shù)膾呙杷俣壤L制準穩(wěn)態(tài)極化曲線就可以了。 上述兩種方法都已經(jīng)獲得了廣泛應用，尤其是動態(tài)法，由于可以自動測繪，掃描速度可控制一定，因而測 量結(jié)果重現(xiàn)性好，特別適用于對比實驗。 (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，同時測定相應的穩(wěn)定電極電勢值。采用恒電流法測定極化曲線時，由于種種原因，給定電流后，電極電勢往往不能立即達到穩(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本科生畢業(yè)論文 10 時間也不相同，因此在實際測量時一般電勢接近穩(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間。 浸泡腐蝕 本試驗方法 通過測量 不銹鋼在 6％三氯化鐵溶液中 點腐蝕速率，來評價其耐點蝕性能 。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容器，推薦使用按圖 16 制作的實驗支架。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 三個頂端上。三個頂端要磨尖。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)面鉆適當大小的 q、 r 二孔使溶液能夠?qū)α?。采用能使試驗溶液保持在?guī)定溫度的恒溫槽。 16實驗支架 圖 17鈍化金屬典型的環(huán)形陽極極化曲線圖 點蝕點位測量方法 本試驗方法適用于動電位法測量不銹鋼在中性 ％氯化鈉溶液中的點蝕 電位。 試驗溶液為 ﹪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 試驗中，每次試驗的參比電極和蘭州理工大學本科生畢業(yè)論文 11 輔助電極應分別一致。 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研究方法。該法控制電極電勢以不同的速率，隨時間以三角波一次或多次反復掃描，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，并記錄電流 電勢曲線 。根據(jù)曲線形狀可以判斷電極反應的可逆程度，中間體、相界吸附或新相形成的可能性，以及偶聯(lián)化學反應的性質(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 在一個典型的循環(huán)伏安實驗中，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分開的參比電極（如飽和甘汞電極， SCE）為基準的相對電位。在循環(huán)伏安測試實驗中，工作電極的電位以 10 mV/s 到 200 mV/s 的掃描速度隨時間線性變化 (圖 18(a))，在此同時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 不銹鋼點蝕行蘭州理工大學本科生畢業(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 面掌握不銹鋼點蝕的各種機理； ④ 全面掌握影響點蝕的各種因素； ⑤ 掌握不銹鋼的電化學腐蝕原理，掌握極化曲線，陽極極化曲線反應的各參數(shù)的含義及點蝕電位的測量方法； ⑥ 掌握評價點蝕敏感性各種實驗方法和相關指標。 ，參與確定技術(shù)路線，制定技術(shù)方案，完成該課題的試驗。 ，利用金相顯微鏡及 SEM 分析腐蝕形貌。 ，得出研究目標所要求的結(jié)論 。 蘭州理工大學本科生畢業(yè)論文 13 第二章 試驗過程 （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，即加熱時采用的功率、加熱時間、加入氬氣的時間及壓力、加入硼鐵后的均溫時間，澆注后到出爐的時間等保持相同。 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 電化學實驗 SEM、 EDS、 TEM 分析 數(shù)據(jù)分析 蘭州理工大學本科生畢業(yè)論文 14 再過 4 分鐘后升到 38KW，加熱到發(fā)紅時，真空度達 179。 102Pa，停止抽真空通入氬氣保護，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 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 成分分析 本實驗利用分光光度 法對加 B 的 1Cr17 不銹鋼進行化學分析。 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)化學元素及含量 試樣編號 C Si Mn P S Ni Cr 0PPM ZT01 ZT02 ZT03 試樣編號 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行扒皮切頭后，在半徑的 1/2 處取樣。沖擊試樣尺寸 :取一個 15179。 15179。 6 的試樣；浸泡腐蝕試樣：每個相同樣上去 2個 20179。 20179。 4的平衡樣；蘭州理工大學本科生畢業(yè)論文 15 電化學腐蝕試樣：每個相同樣上去 2 個Φ 10179。 8 的平衡樣。 試樣的制備 首先將取好的試樣在金相實驗室依次用型號為 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驗室依次用型號為 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， 直到在光學顯微鏡 100 倍、 400 倍下能看清組織。 3 電化學腐蝕試樣的制備 首先將取好的試樣在金相實驗室依次用型號為 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上拋光，直到表面光亮有很好的鏡面效果 。 金相分析 光 學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，以及夾雜物的分布，且成本低廉。本實驗采用光學金相顯微鏡型號為 分析試樣的組織特點，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好于光學金相照片。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。在進行分析時，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。因為析出相成分不同，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)樣品的原始資料定蘭州理工大學本科生畢業(yè)論文 16 性的判定析出物相的類型。 本實驗采用（ 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好于光學金相照片。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。在進行分析時，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。因為析出相成分不同，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。 本實驗采用（ 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 浸泡腐蝕試驗方法 本試驗方法適用于評價不銹鋼在 6％三氯化鐵溶液中的耐點蝕性能，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