1. 柠檬酸-双氧水-乙醇钝化配方及工作条件


  不锈钢柠檬酸钝化工艺具有环保性、安全性、通用性,操作简单,维护方便。费用低廉,完全符合可持续发展的要求,应用前景广阔,值得广泛推广。其配方及工艺条件见表6-6。




2. 钝化膜的实验方法


  a. FeCl3浸泡实验


  参照《不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法》(GB/T 17897-999),实验温度为50℃,实验时间为1天,根据国家标准,对于点蚀严重、均匀腐蚀不明显的材料,其耐点蚀性可以用腐蚀速率(即单位面积、单位时间的失重)表示。


  腐蚀速率计算式为:υ=W0-W1 / St


   式中,υ为腐蚀速率,mg/(c㎡2·d);  W0为实验前试样的质量,mg;  W1为实验后试样的质量、mg;  S为试样的总面积,c㎡;  t为试验时间,d.  腐蚀介质为FeCl3 6%+HCl水溶液 0.05mol/L.


 b. 电化学实验


  参照《不锈钢点蚀电位测量方法》(GB/T 17899-1999)。溶液采用质量分数为3.5%的NaCl溶液,实验温度为30℃,使用CHI660B型电化学综合测试仪、参比电极为Ag/AgCl电极,辅助电极为铂电极,扫描速率为1mV/s.将试样(即工作电极)放入溶液中静置10min后,测定其自腐蚀电位。再从自腐蚀电位开始对试样进行阳极极化,直至阳极电流密度达到500μA/c㎡为止。以阳极极化曲线上对应电流密度为100μA/c㎡的电位中最正的电位值(符号为E'b100)来表示点蚀电位。



3. 工艺流程


  砂纸打磨→水洗→超声波清洗→水洗→酸洗→水洗→钝化→水洗→干燥。



4.  耐点蚀实验结果



 a. 316L不锈钢经配方 1#柠檬酸钝化后的耐点蚀实验结果


   ①. FeCl3浸泡实验。


     316L不锈钢经FeCl3浸泡实验表明,焊缝两侧氧化皮存在的区域(热影响区)发生严重的点蚀,其他区域(包括母材区和焊缝区)则相对较为完好。


  ②. 电化学阳极极化曲线实验


    对316L不锈钢的母材区、热影响区和焊缝区进行电化学阳极极化曲线的测量,具体的点蚀电位值见表6-7。


表 7.jpg



  由表6-7可见,316L不锈钢不同部位耐蚀性能相差很大,母材区耐点蚀性能最佳,焊缝次之,热影响区最差。经柠檬酸钝化后,母材区和热影响区的耐点蚀性能大大提高,焊缝区的耐点蚀性能略有改善,从而提高了316L不锈钢的整体耐点蚀性能。


b. 317不锈钢经配方 2#柠檬酸钝化后的耐点蚀实验结果


 ①. 三氯化铁浸泡实验


 采用正交试验法,结果见表6-8。


表 8.jpg


 通过正交试验,可得最优方案为A1B1C2D3,腐蚀速率为5.1166mg/(c㎡·d),得到最佳钝化配方2#, 无钝化的空白实验的腐蚀速率为10.157mg/(c㎡·d)。最佳工艺钝化耐点蚀性比未钝化的提高了1倍左右。


 ②. 电化学实验


  表6-9为317不锈钢在3.5%NaCl溶液中的极化曲线的重要参数数值。


表 9.jpg


 从表6-9可知,经过最佳钝化工艺钝化后的317不锈钢的自腐蚀电位和点蚀电位均比未进行钝化的317不锈钢的大,且点蚀电位提高了1倍左右,即经过最佳钝化后的317不锈钢的耐均匀腐蚀性得到了相应的提高。




3. 奥氏体不锈钢经配方3#钝化后的结果


 ①. 由于本配方只使用檬酸4%,不像其他配方使用氧化剂,钝化后不锈钢点蚀电位的重现性不是很好,必须在化学钝化后进行后处理,50%(体积分数)硝酸后处理时间为10min,钝化后不锈钢的点蚀电位达到1095mV,耐点蚀性能很强。


 ②. 不锈钢柠檬酸化学钝化试样的XPS分析。所用仪器是Phi5500型X射线光电子能谱仪,激发源为A1靶,功率为200W。表6-10是不锈钢钝化后表面和基体主要金属元素的原子数分数分布检测结果。


表 10.jpg


  对表6-10进行分析,可得出钝化膜主要由金属氧化物组成,Fe和Cr的氧化物在表面钝化膜中占的比例相当。金属Cr元素主要以Cr2O3的形式存在,同时还存在于CrO3、CrO2、CrOOH、Cr(OH)3等结构中。金属Fe元素以Fe3O4的形式存在,同时还存在于FeO、Fe3O4、Fe2O3、FeOOH等结构中。



4. 304不锈钢在配方 4#钝化后的结果


 ①. FeCl3浸泡实验


  为了得到优越的耐点蚀性能,以便得到最佳钝化配方及工艺,通过实验得到配方4#。实验温度在40~60℃范围内对结果的影响较小,最佳的腐蚀失重仅为8.2mg/(cm2.d),而钝化时间是影响耐蚀性好坏的最主要因素,钝化时间为分钟。


②. 极化曲线


  表6-11为304不锈钢钝化前后阳极极化曲线参数。


表 11.jpg


 由表6-11可见,经钝化处理的304不锈钢的耐腐蚀性明显提高。点蚀电位是钝化膜开始发生击穿破坏的电位,是不锈钢重要的电化学性能指标,它直接决定着不锈钢耐点蚀性能的好坏。


③. XPS分析


  处理后的钝化膜中铁的含量减少,铬和镍的含虽增加,氧的含量变化不大。由于表面钝化膜中铬、镍元素含量明显增加,从而提高了304不锈钢的耐蚀性能。