殘余應力影響碳鋼腐蝕敏感性的局部電化學研究.pdf

1、碳鋼由于具有優(yōu)異的機械、強度以及耐腐蝕等性能，作為結構和構件材料在建筑、國防、交通運輸、石油、化工以及海洋開發(fā)等領域被廣泛應用。碳鋼在各種機械加工過程中，無法避免地會在零件內部產(chǎn)生殘余應力。在試樣或機械零件表面產(chǎn)生的殘余應力將會對材料的疲勞性能產(chǎn)生巨大的影響，歷史上許多災難性事故大多是由材料中的殘余應力引起的。因此以碳鋼材料的“力學-化學”交互作用為著眼點，探究殘余應力對碳鋼腐蝕敏感性的影響對生產(chǎn)有著非常重要的意義。
　　本論文以

2、存在表面殘余應力（即宏觀殘余應力）的碳鋼為研究材料，用X射線衍射法對彎折碳鋼試樣進行殘余應力測試，將傳統(tǒng)電化學測試方法和局部電化學測試-掃描電化學顯微鏡(SECM)相結合，來分別研究碳鋼的腐蝕特性及殘余應力對碳鋼腐蝕特性的影響規(guī)律及作用機制。
　　本論文的主要工作如下:
　　1.碳鋼的殘余應力測試
　　根據(jù)X射線衍射原理，用X射線衍射儀對彎折碳鋼試樣表面進行殘余應力測試。選擇彎折試樣表面應力集中的7個點進行殘余應力測試

3、。
　　2.碳鋼的宏觀腐蝕-電化學特性研究
　　在不同濃度的中性NaCl和Na2SO4溶液中，對碳鋼材料進行腐蝕電位-時間，Tafel極化曲線以及電化學阻抗測試，探討腐蝕介質的組成、濃度以及試樣在腐蝕介質中的浸泡時間等因素對材料腐蝕電位以及腐蝕速率等電化學特性的影響規(guī)律。
　　3.局部電化學-SECM測試
　　(1)SECM實驗參數(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)間進行循環(huán)伏安測試，根據(jù)極限擴散電流區(qū)域所對應的電位區(qū)間來確定探針所施加的極化電位。氧氣作為氧化還原中介體時，Pt探針施加電位的選擇通過在KCl溶液中進行循環(huán)伏安測試獲得。
　　(2)中性氯化物溶液中殘余壓應力對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象，使存在不同殘余應力的區(qū)域相對照，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，研究點蝕發(fā)生與發(fā)展過程中的表面微區(qū)電化學活性，建立表面電化學不均勻性與殘余應力誘發(fā)的材料微結構不均勻性之間的聯(lián)系。通過改變實驗測試方法（面掃描、線掃描）和測試條件（溶液濃度、基體施加極化和不施加極化）來相互驗證殘余應力與碳鋼腐蝕敏感性的關系。
　　(3)殘余壓應力對異相電子轉移速率的影響
　　以I-作為氧化還原中介體，用SECM的反饋模式進行逼近曲線測試，來研究基體的殘余應力（不同的壓應力）與異相電子轉移速率之間的關系

6、。
　　(4)在中性介質中腐蝕產(chǎn)物濃度分布
　　SECM探針在含有不同濃度Fe(CN)64-的0.1MKCl溶液中進行循環(huán)伏安測試，通過探頭上的穩(wěn)態(tài)擴散電流iT,∞來計算Fe2+的擴散系數(shù)。通過開路電位下碳鋼在0.1MKCl溶液中的逼近曲線測試進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