纳米晶不锈钢的耐蚀性能研究进展

不锈钢因其优越的耐蚀性和成型性,广泛应用于现代社会的各个领域,通过纳米化工艺制备的纳米晶不锈钢,可大幅提高其强度和硬度,而纳米晶化后不锈钢耐蚀性能的变化则取决于其表面钝化膜特性。该文总结了不同制备工艺对纳米晶不锈钢耐蚀性的差异影响,分析了纳米化对不锈钢钝化膜的影响,讨论了纳米晶不锈钢腐蚀机理的研究成果。

纳米晶304不锈钢高温氧化膜中Cr和Mn元素的XPS和UPS表征

利用X射线光电子能谱(XPS)和紫外光电子能谱(UPS),对比研究了普通304不锈钢(CP-SS304)和深度轧制技术制备的块体纳米晶304不锈钢(BN-SS304)在900℃空气中氧化24h后形成的高温氧化膜中Cr和Mn元素的结合能、原子百分比、价电子的相互作用和功函数,分析了BN-SS304表面电子结构的特征。结果表明:两种材料氧化膜中Cr元素以Cr3+和Cr0存在,Mn元素以Mn4+和Mn0存在,在不同溅射时间,BN-SS304氧化膜中Cr3+与(Cr3++Cr0)原子百分比和Mn4+与(Mn4++Mn0)原子百分比均低于CP-SS304氧化膜中的比值。两种材料氧化膜中价电子之间的相互作用主要有Mn—O,Cr—O,Mn0(3d和4s)和Cr0(3d和4s)。与CP-SS304相比,BN-SS304氧化膜表面价电子之间的相互作用强,其功函数比CP-SS304提高0.07eV,BN-SS304的耐高温氧化性能增强。

纳米晶304不锈钢高温氧化膜中氧元素的XPS研究

利用X-射线光电子谱(XPS)研究普通304不锈钢(CP-SS304)和用深度轧制技术制备块体的纳米晶304不锈钢(BN-SS304)在900℃空气中氧化24h形成氧化膜中氧元素的结合能和原子百分比。BN-SS304和CP-SS304氧化膜表面氧元素以分子态(O0)和离子态(O2-)存在;BN-SS304和CP-SS304氧化膜中O0和O2-的结合能相同;Ar+溅射400s时不存在分子氧,而CP-SS304氧化膜溅射800s时不存在分子氧;从溅射开始至溅射800s,BN-SS304氧化膜中O2-与(O2-+O0)原子数的比值大于CP-SS304,最大差距为8.92%。结果表明,BN-SS304氧化膜表面吸附O2深度较低;BN-SS304氧化膜致密性更好。

纳米晶／微米晶316L不锈钢的原位拉伸力学行为研究

“铝热反应熔化法”可在316L奥氏体不锈钢中实现微米晶／纳米晶双峰晶粒尺度分布。通过室温单向拉伸试验研究，得到微纳结构316L不锈钢在800℃变形量为40％的条件下轧制开坯后，再降温在600℃下进行变形量为70％的轧制后，此时力学性能综合最佳。将其做为研究对象，使SEM联用原位拉伸台设备动态记录试样从加载到破坏的全过程。原位拉伸试验结果与单向拉伸载荷作用下的试验结果能较好吻合，原位拉伸试验对深入分析微纳结构不锈钢的力学性能和力学行为，总结归纳其蕴含的力学规律起到积极的促进作用。

纳米晶304不锈钢腐蚀表面氧化物价态谱表征

采用X射线光电子能谱(XPS),对比研究了纳米晶304不锈钢(BN-SS304)和普通304不锈钢(CP-SS304)在6mol/L盐酸溶液中室温浸泡5d后表面氧化物纵向分布的价带谱。纳米晶304不锈钢价态谱曲线的强度高于普通304不锈钢的价态谱曲线,且纳米晶304不锈钢的价态谱曲线变化不明显,说明纳米晶304不锈钢氧化膜成分和电子结构稳定,也可能是由纳米晶304不锈钢致密的氧化膜引起的。普通304不锈钢表面氧化膜的价态谱曲线变化明显,有的峰位甚至消失,说明普通304不锈钢氧化膜疏松和有氧吸附,也可能是吸附的氧与其他原子作用影响峰位变化。这也为理解纳米晶304不锈钢在盐酸溶液中腐蚀的微观机制提供依据。