双相不锈钢的载波钝化处理方法

摘要

本发明提供的是一种双相不锈钢的载波钝化处理方法。以0.5mol/LNa

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种材料的表面处理方法，特别是一种材料的载波钝化处理方法。具体地说是一种载波钝化处理双相不锈钢的方法。

(二)背景技术

双相不锈钢作为一种优良的可焊接结构材料，兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点，在一些比较苛刻的介质环境中得到了越发广泛的引用。双相不锈钢最突出的特点是具有较高的强度和很好的耐局部腐蚀性能，而在此基础上继续提高其耐局部腐蚀性能，在更苛刻的介质中使其强度特点得到充分发挥，扩大应用范围，无疑具有非常重要的理论与实际意义。目前关于上相不锈钢的报道主要集中在其冶炼方法、焊接方法、热处理方法等方面。例如专利申请号为200710049567.8(公开号CN101109059)，名称为“一种高电阻率高导磁马氏体-铁素体双相不锈钢及其热处理工艺”的发明专利申请文件中公开的技术方案等。

对双相不锈钢的钝化目前国内外研究较少，主要是采用阳极恒电位极化的方法，但效果并不理想，自从20世纪80年代末期曹楚南研究员提出载波钝化思路以来，各科研工作者一直都是对奥氏体不锈钢进行载波钝化的深入研究，而对组织与性能都具有明显自身特点的双相不锈钢却无人涉及。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可以大大改善双相不锈钢的性能的双相不锈钢的载波钝化处理方法。

本发明的目的是这样实现的：

以0.5mol/LNa₂SO₄为载波钝化溶液，在如下电位方波参数下对双相不绣钢进行载波钝化处理：正半周电位E_h＝1225mV，负半周电位E₁＝-700mV，频率f＝30Hz，占空比k＝70％，钝化时间t＝30min，温度为常温。

采用EDS分析表面一定深度范围内两相元素分布及变化；在0.4mol/LNaCl+0.25mol/LH₂SO₄溶液中测量动电位极化曲线、电化学阻抗谱和Mott-Schottky曲线。经分析表明，载波钝化后双相不锈钢耐蚀性大大提高。

图1是双相不锈钢经载波钝化后的表面照片，从图1中可以看出，α相(深色)和γ相(浅色)上均生成了钝化膜，并且二者的形貌有所不同。

双相不锈钢经载波钝化后，表面一定深度范围内的元素分布也发生了较大变化，EDS的测试结果见表1。

从表1中可以看出，载波钝化后试样表面一定深度范围内Cr的含量在两相上均有所增加，而Fe则有所减少，说明载波钝化后试样表面耐蚀性得到提高。

在0.4mol/LNaCl+0.25mol/L H₂SO₄溶液中比较经载波钝化处理、直流钝化处理和未经钝化处理的双相不锈钢的动电位极化曲线，其结果列入图2。从图2中可以明显的看出，经载波钝化处理后的试样，腐蚀电位有较大幅度提高，维钝电流减少了约1.5个数量级，所以经载波钝化后，双相不锈钢的耐腐蚀性能有了很大程度的提高。而直流钝化则对双相不锈钢几乎没有效果。

在0.4mol/LNaCl+0.25mol/L H₂SO₄溶液中比较经载波钝化、直流钝化和未经钝化处理的双相不锈钢的电化学阻抗谱，其结果列入图3。经图3用相应等效电路拟合出膜电阻，发现载波钝化后膜电阻比直流钝化及未经钝化的膜电阻大几个数量级，耐腐蚀性大大提高。

在0.4mol/LNaCl+0.25mol/L H₂SO₄溶液中比较经载波钝化处理、直流钝化处理和未经钝化处理的双相不锈钢的Mott-Schottky曲线，如图4。从图4中可以明显的看出，经载波钝化处理后的试样的Mott-Schottky曲线的线性部分斜率明显大于直流钝化和未经钝化处理的试样，而斜率越大，钝化膜载流子密度越小，耐腐蚀性就越好。所以，经载波钝化处理的双相不锈钢的耐腐蚀性大大提高。

本发明结合双相不锈钢的自身特点，尝试将载波钝化应用于双相不锈钢，运用电位方波对双相不锈钢表面钝化膜进行处理，摸索出其最佳工艺参数。研究表明，经载波钝化处理后，双相不锈钢试样表面展现出独特的组织形貌，铁素体与奥氏体两相均得到钝化，含Cr量明显增加，耐腐蚀性能得到极大提高。

本发明具有如下优点：

1、钝化效果非常好。利用电位方波对双相不锈钢表面钝化膜进行处理，使铁素体和奥氏体两相均得到较好钝化，从而在整体上大大提高了材料的耐腐蚀性能，钝化效果远远优于恒电位极化方法。

2、较之传统的表面处理方法，属绿色环保工艺，无毒无污染；

3、本发明在常温下即可进行，对温度没有特殊要求；

4、本发明工艺操作简单，易于控制，成膜效果好；

5、此工艺对设备要求简单，在市电条件下即可完成，成本低廉，非常适合工业化生产。

(四)附图说明

图1是双相不锈钢经载波钝化后的表面照片。

图2是在0.4mol/LNaCl+0.25mol/L H₂SO₄溶液中比较经载波钝化处理、直流钝化处理和未经钝化处理的双相不锈钢的动电位极化曲线。

图3是在0.4mol/LNaCl+0.25mol/L H₂SO₄溶液中比较经载波钝化、直流钝化和未经钝化处理的双相不锈钢的电化学阻抗谱。

图4是在0.4mol/LNaCl+0.25mol/L H₂SO₄溶液中比较经载波钝化处理、直流钝化处理和未经钝化处理的双相不锈钢的Mott-Schottky曲线。

(五)具体实施方式

下面举例对本发明做更详细地描述：

1、实验中所使用的材料是ASTM A890 3A双相不锈钢，其化学成分为0.028C，25.6Cr，5.37Ni，2.40Mo，0.23N，0.45Si，0.36Mn，0.027P，0.007S，Fe余量。采用真空炉熔炼，经1100℃，1h固溶热处理，水冷。铁素体和奥氏体的比例约为1∶1。

2、用分析纯试剂和一次蒸馏水配置0.5mol/LNa₂SO₄载波钝化溶液。双相不锈钢试样用砂纸由粗到细打磨至2000#，抛光粉抛光至镜面，再用乙醇和去离子水清洗，吹干后移入钝化液中进行载波钝化，电位方波参数为：正半周电位E_h＝1225mV，负半周电位E₁＝-700mV，频率f＝30Hz，占空比k＝70％，钝化时间t＝30min，温度为常温。

3、SEM观察钝化后表面形貌，EDS分别对α相和γ相上元素分布进行比较分析。

4、选用0.4mol/LNaCl+0.25mol/LH₂SO₄溶液为测试介质，比较未经钝化、经直流钝化及经载波钝化处理的双相不锈钢的动电位极化曲线、电化学阻抗谱和Mott-Schottky曲线。

实验结果表明，经载波钝化处理后，双相不锈钢试样展现出独特的表面形貌；表面一定深度范围内α相和γ相Cr含量增加，Fe含量减少，说明两相均得到钝化；动电位极化曲线维钝电流减小了约1.5个数量级；电化学阻抗谱拟合出载波钝化后膜电阻远远大于未经钝化及经直流钝化处理的；从Mott-Schottky曲线也可以看出，双相不锈钢表面钝化膜载流子密度明显降低，说明耐蚀性得到明显提高。综上所述，经载波钝化处理后的双相不锈钢耐腐蚀性能远远优于未经载波钝化处理的双相不锈钢。