電化學(xué)再活化法EPR測(cè)量晶間腐蝕敏感性

1、電化學(xué)再活化法(EPR)測(cè)量晶間腐蝕敏感性(一)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 用EPR法評(píng)價(jià)308L不銹鋼的晶間腐蝕敏感性；2. 建立EPR法和草酸浸蝕法(ASTM A 2622A)評(píng)價(jià)308L不銹鋼晶間腐蝕敏感性之間的關(guān)系；3. 了解不銹鋼焊接接頭產(chǎn)生晶間腐蝕的機(jī)理及晶間腐蝕區(qū)顯微組織特征。(二)晶間腐蝕原理 絕大多數(shù)金屬和合金是多晶體，在它們的表面上也顯露出許多晶界。晶界是原子排列較為疏松、紊亂的區(qū)域，容易產(chǎn)生雜質(zhì)原子富集、晶界吸附、第二相的沉淀析出等現(xiàn)象，因此存在著顯著的化學(xué)、物理不均勻性。在腐蝕介質(zhì)中，金屬和合金的晶界的溶解速度和晶粒本身的溶解速度是不同的。在某些環(huán)境中，晶界的溶解速度遠(yuǎn)大于

2、晶粒本身的溶解速度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生沿晶界進(jìn)行的選擇性局部腐蝕，稱(chēng)為晶間腐蝕(圖1)。受熱(如敏化處理)、受力(冷加工形變)而引起晶界組織結(jié)構(gòu)的不均勻變化，對(duì)晶間腐蝕也有很大影響。圖1. 晶間腐蝕的形貌特征晶間腐蝕發(fā)生后，金屬和合金雖然表面仍保持一定的金屬光澤，也看不出被破壞的跡象，但晶粒間的結(jié)合力已顯著減弱，強(qiáng)度下降，因此設(shè)備和構(gòu)件容易遭到破壞。晶間腐蝕隱蔽性強(qiáng)，突發(fā)性破壞幾率大，因此有嚴(yán)重的危害性。不銹耐酸鋼、鎳基耐蝕合金、鋁合金等金屬材料都有可能產(chǎn)生晶間腐蝕；尤其在焊接時(shí)，焊縫附近的熱影響區(qū)更容易發(fā)生晶間腐蝕。(三)電化學(xué)再活化法(EPR) EPR方法最早由Cihal等人提出，稱(chēng)為單環(huán)

3、實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)已列入美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM G108292，但是這種單環(huán)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)晶間腐蝕敏感性有其不足之處：需要嚴(yán)格的表面處理和金相評(píng)定晶粒度。后來(lái)，Akaski等人提出了雙環(huán)電化學(xué)動(dòng)電位再活化實(shí)驗(yàn)方法，列入標(biāo)準(zhǔn)J ISG 058021986，克服了單環(huán)實(shí)驗(yàn)法的缺點(diǎn)。EPR法提供了一種鑒別材料完全無(wú)敏化的判別標(biāo)準(zhǔn)，所以對(duì)于設(shè)備部件的質(zhì)量控制是很有意義的，但是，無(wú)論是單環(huán)還是雙環(huán)EPR法對(duì)于有一定敏化程度的材料，都不能提供一個(gè)作為可接受的敏化程度的標(biāo)準(zhǔn)，所以必須建立起EPR法和其它ASTM標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法之間的聯(lián)系。進(jìn)行雙環(huán)EPR實(shí)驗(yàn)時(shí)，試樣(工作面積為1cm2)先在溶液中浸泡10min，待腐蝕電位

4、穩(wěn)定后，約為-400mV(SCE)，然后以100mV/min 的電位掃描速度進(jìn)行陽(yáng)極方向電位掃描至300mV(SCE)，在此電位下保持2min，接著以同樣的電位掃描速度進(jìn)行反方向掃描至腐蝕電位(圖2)，測(cè)量?jī)蓚€(gè)環(huán)的最大電流，ia表示最大陽(yáng)極極化方向掃描電流，ir為最大再活化電流，再活化率(ir/ia)用來(lái)評(píng)價(jià)材料晶間腐蝕敏感性或敏化程度。圖2. 兩個(gè)樣品的EPR測(cè)量結(jié)果在不出現(xiàn)過(guò)敏化條件下，比值ir/ia與材料的敏化程度有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；隨著敏化處理溫度的提高和敏化時(shí)間的延長(zhǎng)，電流比值ir/ia增大。電化學(xué)動(dòng)電位再活化法可以靈敏并且定量地評(píng)價(jià)不銹鋼的晶間腐蝕敏感性，并且與草酸實(shí)驗(yàn)中得到的金相評(píng)

5、級(jí)有對(duì)應(yīng)性。(四)實(shí)驗(yàn)樣品   308L不銹鋼，進(jìn)行敏化處理前，308L不銹鋼在氬氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行固溶處理：1050，30min，水淬；敏化處理也是在氬氣氣氛中進(jìn)行的，然后水淬。(五)實(shí)驗(yàn)條件     三電極工作體系，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，輔助電極為鉑電極；    儀器：CS350電化學(xué)工作站；測(cè)試方法：動(dòng)電位掃描；    溶液：0.5mol/L H2SO4 + 0.01mol/L KSCN，蒸餾水配置；    掃描范圍：-500mV+300mV（相對(duì)開(kāi)路電位）；掃描速度：1.67mV/s。圖3. 參數(shù)設(shè)置圖(六)實(shí)驗(yàn)記錄    1)根據(jù)EPR曲線(xiàn)計(jì)算不同敏化程度的不銹鋼試樣i