含钴马氏体时效硬化不锈钢的电化学性能研究

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含钴马氏体时效硬化不锈钢作为一种新型超高强度不锈钢,由于其优越的综合性能,在航空航天及其它领域得到了广泛的应用。合金元素钴(Co)在不锈钢中可以提高钢的强度和硬度,但是其对马氏体时效硬化不锈钢中的板条马氏体、逆变奥氏体组织的影响作用,以及对材料耐蚀性能的影响鲜有报道;针对含Co马氏体时效硬化不锈钢电化学腐蚀性行为及腐蚀机理方面的研究不够深入。本文以含Co和不含Co的马氏体沉淀时效硬化不锈钢为试验材料,采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及X射线衍射仪(XRD)等表征手段,探究Co元素对板条马氏体、逆变奥氏体、富铜沉淀相复相组织的影响作用;通过动电位极化曲线、交流阻抗谱和肖特基曲线的测试分析,掌握Co元素对马氏体时效硬化不锈钢耐蚀性能的作用规律,并对比研究了含钴钢在不同温度(30℃、40℃、50℃、60℃)的3.5%NaCl溶液、不同Cl-浓度(2%、3.5%、5%、7%)的氯化钠溶液、不同摩尔比的NaCl和Na2SO4混合溶液等环境中的电化学腐蚀行为及特性,得到的主要结果如下:(1)加入6wt.%Co元素后,固溶处理后奥氏体晶粒尺寸由50.02μm减小至27.06μm,同时淬火板条马氏体得到细化。经过时效处理,在马氏体板条边界有薄膜状逆变奥氏体存在,一定的富铜相的析出被抑制了。(2)电化学实验研究表明,Co元素的加入可以提高马氏体时效硬化不锈钢的耐蚀性。添加6 wt.%Co后,自腐蚀电流密度从2.471μA降低到2.005μA,点蚀电位从0.1190 V增加至0.2685 V。阻抗谱表明,钝化膜的阻抗模量明显高于不含钴钢,点蚀敏感度明显降低。(3)马氏体时效硬化不锈钢的钝化膜为双层结构,电位由负到正的过程中,钝化膜半导体特性由p型半导体转变为n型半导体。相比于不含钴钢,含钴钢钝化膜的平带电位偏低,且具有较小的施主密度ND和受主密度NA,钝化膜稳定,有助于提高耐蚀性能。钝化膜主要由Cr2O3、Cr(OH)3、Fe2O3和FeOOH等成分组成。钴铁氧化物的存在提高了马氏体时效硬化不锈钢的耐蚀性。(4)对于6 Co钢,温度和Cl-浓度升高,均会降低材料耐蚀性;当温度高于40℃、离子浓度Cl-高于5%后,6Co钢发生的点蚀现象严重程度加剧,点蚀敏感性增强。(5)在NaCl和Na2SO4混合溶液中,当Cl-和SO42-摩尔比为1:3时,材料的耐点蚀性最强,当配比为3:1时,材料耐点蚀性最弱;在0.2 mol/L Na2SO4溶液中,材料的耐腐蚀性能最差。当Cl-和SO42-摩尔比为1:3,腐蚀电位低于平带电位时,6 Co钢钝化膜表现为n型半导体性质;当电位高于平带电位后,钝化膜为p型半导体;当成膜电位为0.8 V时,施主浓度ND和受主浓度NA均最小,钝化膜中氧空位和金属离子空缺最少,钝化膜的耐腐蚀性能最佳。
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