殘余應(yīng)力影響碳鋼腐蝕敏感性的局部電化學(xué)研究.pdf

1、碳鋼由于具有優(yōu)異的機(jī)械、強(qiáng)度以及耐腐蝕等性能，作為結(jié)構(gòu)和構(gòu)件材料在建筑、國(guó)防、交通運(yùn)輸、石油、化工以及海洋開發(fā)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。碳鋼在各種機(jī)械加工過程中，無(wú)法避免地會(huì)在零件內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力。在試樣或機(jī)械零件表面產(chǎn)生的殘余應(yīng)力將會(huì)對(duì)材料的疲勞性能產(chǎn)生巨大的影響，歷史上許多災(zāi)難性事故大多是由材料中的殘余應(yīng)力引起的。因此以碳鋼材料的“力學(xué)-化學(xué)”交互作用為著眼點(diǎn)，探究殘余應(yīng)力對(duì)碳鋼腐蝕敏感性的影響對(duì)生產(chǎn)有著非常重要的意義。
　　本論文以

2、存在表面殘余應(yīng)力（即宏觀殘余應(yīng)力）的碳鋼為研究材料，用X射線衍射法對(duì)彎折碳鋼試樣進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試，將傳統(tǒng)電化學(xué)測(cè)試方法和局部電化學(xué)測(cè)試-掃描電化學(xué)顯微鏡(SECM)相結(jié)合，來(lái)分別研究碳鋼的腐蝕特性及殘余應(yīng)力對(duì)碳鋼腐蝕特性的影響規(guī)律及作用機(jī)制。
　　本論文的主要工作如下:
　　1.碳鋼的殘余應(yīng)力測(cè)試
　　根據(jù)X射線衍射原理，用X射線衍射儀對(duì)彎折碳鋼試樣表面進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試。選擇彎折試樣表面應(yīng)力集中的7個(gè)點(diǎn)進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試

3、。
　　2.碳鋼的宏觀腐蝕-電化學(xué)特性研究
　　在不同濃度的中性NaCl和Na2SO4溶液中，對(duì)碳鋼材料進(jìn)行腐蝕電位-時(shí)間，Tafel極化曲線以及電化學(xué)阻抗測(cè)試，探討腐蝕介質(zhì)的組成、濃度以及試樣在腐蝕介質(zhì)中的浸泡時(shí)間等因素對(duì)材料腐蝕電位以及腐蝕速率等電化學(xué)特性的影響規(guī)律。
　　3.局部電化學(xué)-SECM測(cè)試
　　(1)SECM實(shí)驗(yàn)參數(shù)確定
　　在含有氧化還原中介體Fe(CN)64-或I-的KCl溶液中，以Pt

4、探針為工作電極選擇合適的電位區(qū)間進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，根據(jù)極限擴(kuò)散電流區(qū)域所對(duì)應(yīng)的電位區(qū)間來(lái)確定探針?biāo)┘拥臉O化電位。氧氣作為氧化還原中介體時(shí)，Pt探針施加電位的選擇通過在KCl溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試獲得。
　　(2)中性氯化物溶液中殘余壓應(yīng)力對(duì)碳鋼腐蝕敏感性影響的研究
　　在中性KCl溶液中，以彎折碳鋼試樣作為研究對(duì)象，使存在不同殘余應(yīng)力的區(qū)域相對(duì)照，通過SECM的“基體產(chǎn)生-探針接收”工作模式獲得探針電流的三維圖像。在微觀水

5、平上，研究點(diǎn)蝕發(fā)生與發(fā)展過程中的表面微區(qū)電化學(xué)活性，建立表面電化學(xué)不均勻性與殘余應(yīng)力誘發(fā)的材料微結(jié)構(gòu)不均勻性之間的聯(lián)系。通過改變實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法（面掃描、線掃描）和測(cè)試條件（溶液濃度、基體施加極化和不施加極化）來(lái)相互驗(yàn)證殘余應(yīng)力與碳鋼腐蝕敏感性的關(guān)系。
　　(3)殘余壓應(yīng)力對(duì)異相電子轉(zhuǎn)移速率的影響
　　以I-作為氧化還原中介體，用SECM的反饋模式進(jìn)行逼近曲線測(cè)試，來(lái)研究基體的殘余應(yīng)力（不同的壓應(yīng)力）與異相電子轉(zhuǎn)移速率之間的關(guān)系

6、。
　　(4)在中性介質(zhì)中腐蝕產(chǎn)物濃度分布
　　SECM探針在含有不同濃度Fe(CN)64-的0.1MKCl溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，通過探頭上的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散電流iT,∞來(lái)計(jì)算Fe2+的擴(kuò)散系數(shù)。通過開路電位下碳鋼在0.1MKCl溶液中的逼近曲線測(cè)試進(jìn)而得出基體由于腐蝕溶解產(chǎn)生的Fe2+濃度分布。
　　(5)氧氣作為氧化還原中介體探測(cè)基體腐蝕
　　除了以上提到的Fe(CN)64-或I-可以加入到溶液中作為氧化還原中介體