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

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）。