典型金属早期点蚀行为的激光电子散斑干涉技术和电化学方法研究.pdf

I 摘 要 本文采用激光电子散斑干涉技术（ESPI） ，实时、原位监测了 304L 不锈钢在3.5%NaCl 溶液、45 钢和 30CrMnSi 在 0.5mol/L NaHCO3溶液中极化时表面状态变化和点蚀行为并将 ESPI 与电化学方法相结合，建立了激光电子散斑干涉法研究早期点蚀的实验方法 采用ESPI 检测点蚀产物的扩散浓度， 其标定结果表明： ESPI 可以检测100 ppm FeCl3溶液的扩散行为，并可检测与本体溶液浓度差大于 0.5%的 NaCl 溶液的扩散行为，这表明 ESPI 可以用来研究金属早期点蚀产物扩散行为 采用电化学方法研究了 304L 不锈钢在 3.5％NaCl 溶液中的点蚀行为动电位极化测试结果表明，与浸泡前比较，浸泡 48 h 后不锈钢的钝化区由 401 mV 降低至 372 mV 变窄了 29 mV， 点蚀的极化电流增加了 3 µA， 表明 304L 不锈钢浸泡 48 h 后钝化性能下降电化学噪声结果表明，304L 不锈钢在浸泡 24 h 内，原始电化学噪声曲线、噪声电阻及频谱噪声电阻均出现小幅波动，电极表面处于诱导期；浸泡 48 h 至 72 h 阶段，电位与电流噪声波动幅度增大十倍以上，这时电极表面出现宏观蚀点，表明点蚀处于活化期。

电化学阻抗谱研究表明，在点蚀诱导期，阻抗谱在低频下出现感抗成分，阻抗幅值有所下降，当点蚀诱导期向点蚀生长期转变时，阻抗谱上的感抗成分消失，浸泡 72 h 后，电极表面发生点蚀以上实验表明，304L 不锈钢在浸泡初期（0~24 h）处于稳定状态，在 24~48 h 时处于诱导期，在 48~72 h 处于活化期，浸泡 72 h 后，点蚀进入稳态发展期 采用 ESPI 和动电位扫描法研究了 45 钢在 0.05mol/L NaCl +0.5mol/L NaHCO3溶液中的点蚀行为动电位结果表明：当极化到-0.15 V，极化电流为 12.2 µA，且极化电流开始出现明显上升趋势，ESPI 检测图上出现亮斑，表明在此时电极表面已经发生点蚀 采用ESPI与电化学噪声方法， 检测了30CrMnSi钢在0.05mol/L NaCl +0.5mol/L NaHCO3溶液中早期点蚀行为研究结果表明，ESPI 结果中的亮斑与电化学噪声曲线上电化学信号剧烈波动同时发生由电化学噪声曲线分析可知，30CrMnSi 钢在 0.05 mol/L NaCl + 0.5 mol/L NaHCO3溶液中的点蚀过程可以分成三个阶段：孕育期(0~50 s)、萌生期（50~300 s） 、活化期（300~512 s） 。

关键词关键词：点蚀，ESPI，电化学噪声，电化学阻抗谱 II Abstract The in-situ corrosion behaviors of 304L stainless steel and 2 types of carbon steel (45 and 30CrMnSi) were studied real time by Electric Speckle Pattern Interferometry (ESPI). Using ESPI and electrochemical methods, a novel method was established to monitor initial pitting corrosion. ESPI was applied to detect the diffusion behavior of pitting corrosion product. The calibration results show that ESPI could monitor diffusion of 100 ppm FeCl3, and could monitor the diffusion behavior of NaCl solution when the solution concentration is only slightly different (less than 0.5%) from that of the bulk solution, which proves that ESPI can be used to study the initial pitting corrosion of metals. Pitting corrosion of 304L stainless steel in 3.5% NaCl solution was studied using electrochemical methods. Results of potentiodynamic polarization show that when the immersion time was prolonged from 0 to 48 h, the passivation region reduced 29 mV, the polarization current at pitting potential increased 3µA, which indicated that the the steel passivation ability lowered with the immersion time. Results of EN show that during the early immersion (0-24 h) the fluctuation amplitude of potential and current noises were small, the slope of the power spectral density of potential (PSDv) plots change hardly, which means the formation of the metastable pitting and continuous reparation of the passive film; when immersion to the stage of 48 h to 72 h, the fluctuation amplitude of potential and current noise increase sharply, corrosion spots were observed, pitting was in active stage. The results of EIS show that during the metastable stage an inductive component was observed on impedance plane in low frequency region, and the impendence lowered; when the transition from metastable to stable occurred, the inductive component disappeared. The same conclusion could be reached from the above results: in 0～24 h immersion time, 304L stainless steel was unattacked; in 24～48 h, metastable pitting occurred; in 48～72 h, active pitting appeared; after 72 h, active pitting continuously grew. . The pitting behaviors of 45 steel in 0.05mol/L NaCl + 0.5mol/L NaHCO3 solution was studied using ESPI and potentiodynamic polarization. The results of potentiodynamic polarization show that when the potential reached -0.15V, and the polarization current is 12.2 µA, speckles were observed on the ESPI results, which means the pitting occurred. The pitting behaviors of 30CrMnSi steel in 0.05mol/L NaCl + 0.5mol/L NaHCO3 III solution was studied using ESPI and EN. Results show that the bright speckles and sharp fluctuation of electrochemical signals occurred at the same time. The EN curve shows hat there are stages, which are metastable stage (0-50 s), initiative stage (50-300 s) and active stage (0-512 s). Key words: pitting, ESPI, EN, EIS 南昌航空大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，是我个人在导师指导下，在南昌航空大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。

尽我所知， 论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确地说明并表示了谢意本声明的法律结果将完全由本人承担 签名： 日期： 南昌航空大学硕士学位论文使用授权书 本论文的研究成果归南昌航空大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表本人完全了解南昌航空大学关于保存、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅本人授权南昌航空大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》 ，并通过网络向社会公众提供信息服务 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 签名： 导师签名： 日期： 南昌航空大学硕士学位论文 第 1 章 绪论 1第 1 章 绪 论 金属材料常常与大气、土壤、海洋、生物和微生物等自然环境以及酸、碱、盐、工业水、熔盐、燃气等工业介质密切接触,因此很容易发生腐蚀。

在工业生产过程中，金属材料及设备的腐蚀现象普遍存在，并给工业生产带来巨大的损失腐蚀不仅会致使生产停顿、材料失效、资源损耗、产品质量下降、有害物质泄露和污染环境，而且常常危及人身安全世界各国每年都要投入大量人力物力进行腐蚀防护与监测工作，腐蚀防护己成为现代科学技术研究的重要领域之一腐蚀早期检测一直是人们十分关心的问题，人们需要在腐蚀刚刚开始，即腐蚀萌生阶段就能发现腐蚀发生部位，并及时采取有效措施不锈钢点蚀速率及机理是腐蚀防护研究的主要内容之一，腐蚀监测技术又是研究不锈钢点蚀速率及机理的重要手段在传统电化学测试中，由于蚀孔面积通常比较小，用肉眼不容易观察，试样表面的腐蚀情况是在测试完成后通过放大镜或显微镜来进行观察的所以建立一套与电化学测试仪器联合使用原位、实时的腐蚀图像观察和采集系统，有助于了解局部腐蚀的发生和发展过程、。