残余应力促进不锈钢点蚀的微观机制研究结题摘要

金属材料、设备及构件在实际应用中由于腐蚀破坏将会造成巨大的经济损失。需要通过涉及材料、化学、物理以及力学科学等领域的交叉学科探索，以深入理解腐蚀机理。 本项目通过宏观电化学方法（如动电位极化测量及电化学阻抗谱等）与局部、微观电化学技术（如扫描电化学显微镜、扫描振动电极以及局部电化学阻抗谱等）相结合，深入研究了酸性氯化物溶液中不锈钢及碳钢的局部腐蚀行为及特征。研究表明，以实时/原位、微区/局部电化学测量为基础的金属局部腐蚀实验研究方法，可以测量、表征与不锈钢点蚀过程有关的金属局部表面电化学反应及其相关的产物组成及浓度分布等。将传统电化学测试方法、局部电化学测试技术以及材料表面残余应力测试相结合，探讨了不锈钢及碳钢的腐蚀电化学特性，以及残余应力对金属腐蚀敏感性的作用机制及影响规律。通过SECM以及SVET探针检测Faraday电流与应力集中区域的对应关系，将局部电化学探针扫描获取的电化学活性图像与金属/溶液界面发生的微区电化学反应建立联系，分析、表征了腐蚀反应所产生的电活性物种浓度大小、分布。 总之，本项目研究着眼于材料的力学–化学交互作用，旨在探讨金属表面残余应力导致的材料结构局部不均匀性及其促进局部腐蚀的微观作用机制。研究成果对于在实时、原位、微观层次上深入探究金属局部腐蚀机理、动力学及其相关的力学、化学及冶金等因素的协同作用，具有积极的指导意义和参考价值。 2100433B

本项目以金属材料的力学-化学交互作用为着眼点，深入研究残余应力作用下不锈钢点蚀发生与发展的微观机制，为阐明残余应力促进不锈钢点蚀的机理，提供新的有说服力的理论与实验依据。.利用扫描电化学显微镜（SECM）原位、局部电化学测量、高空间分辨率的特点，以及兼具表面形貌和化学灵敏性表征功能的技术优势，以存在残余应力（即第I类内应力）的不同类型不锈钢试样为研究对象，通过基体产生-探针接收工作模式获得探针电流的三维图像，在微观水平上研究点蚀发生与发展过程中的表面微区电化学活性，及其相关的电化学反应和产物浓度分布，建立表面电化学不均匀性与残余应力诱发的材料微结构不均匀性之间的联系。采用电化学测量确定点蚀特征电化学参数，并对点蚀形貌、成分辅以SEM、XPS表征。将X射线衍射技术测定的材料表面局部区域残余应力的大小及分布图谱与代表不锈钢点蚀形态的SECM图像相互印证，辨析二者之间的构-效关系。

不锈钢303产生原因：

不锈钢点蚀多发生在含有碘、氯、溴等水溶液环境中。产生不锈钢点蚀的原因是氯离子是活性阴离子，容易被吸附，挤走氧原子，和钝化膜中的阳离子反应生成可溶性的氯化物，破坏钝化膜，形成小孔，成点蚀诱因阶段，在该阶段形成闭塞电路，发生电流腐蚀现象。

不锈钢303防范措施：

1、在已知可能发生点蚀的环境中选择恰当的不锈钢材质，实验表明钼元素（Mo）或锰元素（Mn）含量越高的不锈钢，抵抗点蚀的能力就越强；

2、控制与不锈钢接触液体的酸碱度，氯化物浓度以及温度；

3、阴极保护，阳极保护或者同时采取这两种保护措施；

4、尽可能使用质量更好的不锈钢，如316或316L，来提高不锈钢产品的耐点蚀性能。

消除残余应力是机械制造领域中的一项关键技术，本项目针对目前消除残余应力方法的局限性以及微观激励有效性分析，提出一种消除残余应力的新方法-电击法。本项目的主要研究内容包括：采用微观动力学理论，研究脉冲或交变电流消除导电材料内部残余应力及脉冲或交变电场消除绝缘材料内部残余应力的机理；研究不同性质材料对残余应力的敏感电参数，分析电击法消除材料内部残余应力效果在线定量评价法则；研究实现电击法消除残余应力的相关工艺及关键技术，研制电击法消除残余应力装置的原理性样机。.本项目研究成果实现一种适用于多种材料、绿色环保、经济方便的消除残余应力的方法，它将广泛地应用于我国航空、航天、国防、微机电技术、纳米技术、生物技术等涉及到机械制造的领域，并对其发展起到积极的推动作用。 2100433B