不锈钢柠檬酸-双氧水-乙醇钝化工艺

1. 柠檬酸-双氧水-乙醇钝化配方及工作条件

  不锈钢柠檬酸钝化工艺具有(yǒu)环保性、安全性、通用(yòng)性，操作简单，维护方便。费用(yòng)低廉，完全符合可(kě)持续发展的要求，应用(yòng)前景广阔，值得广泛推广。其配方及工艺条件见表6-6。

2. 钝化膜的实验方法

  a. FeCl₃浸泡实验

  参照《不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法》（GB/T 17897-999)，实验温度為(wèi)50℃,实验时间為(wèi)1天，根据國(guó)家标准，对于点蚀严重、均匀腐蚀不明显的材料，其耐点蚀性可(kě)以用(yòng)腐蚀速率（即单位面积、单位时间的失重）表示。

  腐蚀速率计算式為(wèi)：υ=W₀-W₁ / S_t

   式中，υ為(wèi)腐蚀速率，mg/(c㎡2·d);  W₀為(wèi)实验前试样的质量，mg;  W₁為(wèi)实验后试样的质量、mg;  S為(wèi)试样的总面积，c㎡;  t為(wèi)试验时间，d.  腐蚀介质為(wèi)FeCl₃ 6%+HCl水溶液 0.05mol/L.

 b. 電(diàn)化學(xué)实验

  参照《不锈钢点蚀電(diàn)位测量方法》（GB/T 17899-1999)。溶液采用(yòng)质量分(fēn)数為(wèi)3.5%的NaCl溶液，实验温度為(wèi)30℃,使用(yòng)CHI660B型電(diàn)化學(xué)综合测试仪、参比電(diàn)极為(wèi)Ag/AgCl電(diàn)极，辅助電(diàn)极為(wèi)铂電(diàn)极，扫描速率為(wèi)1mV/s.将试样（即工作電(diàn)极）放入溶液中静置10min后，测定其自腐蚀電(diàn)位。再从自腐蚀電(diàn)位开始对试样进行阳极极化，直至阳极電(diàn)流密度达到500μA/c㎡為(wèi)止。以阳极极化曲線(xiàn)上对应電(diàn)流密度為(wèi)100μA/c㎡的電(diàn)位中最正的電(diàn)位值（符号為(wèi)E'_b100)来表示点蚀電(diàn)位。

3. 工艺流程

  砂纸打磨→水洗→超声波清洗→水洗→酸洗→水洗→钝化→水洗→干燥。

4.  耐点蚀实验结果

 a. 316L不锈钢经配方 1#柠檬酸钝化后的耐点蚀实验结果

   ①. FeCl₃浸泡实验。

     316L不锈钢经FeCl₃浸泡实验表明，焊缝两侧氧化皮存在的區(qū)域（热影响區(qū)）发生严重的点蚀，其他(tā)區(qū)域（包括母材區(qū)和焊缝區(qū)）则相对较為(wèi)完好。

  ②. 電(diàn)化學(xué)阳极极化曲線(xiàn)实验

    对316L不锈钢的母材區(qū)、热影响區(qū)和焊缝區(qū)进行電(diàn)化學(xué)阳极极化曲線(xiàn)的测量，具體(tǐ)的点蚀電(diàn)位值见表6-7。

  由表6-7可(kě)见，316L不锈钢不同部位耐蚀性能(néng)相差很(hěn)大，母材區(qū)耐点蚀性能(néng)最佳，焊缝次之，热影响區(qū)最差。经柠檬酸钝化后，母材區(qū)和热影响區(qū)的耐点蚀性能(néng)大大提高，焊缝區(qū)的耐点蚀性能(néng)略有(yǒu)改善，从而提高了316L不锈钢的整體(tǐ)耐点蚀性能(néng)。

b. 317不锈钢经配方 2#柠檬酸钝化后的耐点蚀实验结果

 ①. 三氯化铁浸泡实验

 采用(yòng)正交试验法，结果见表6-8。

 通过正交试验，可(kě)得最优方案為(wèi)A₁B₁C₂D₃，腐蚀速率為(wèi)5.1166mg/(c㎡·d),得到最佳钝化配方2#, 无钝化的空白实验的腐蚀速率為(wèi)10.157mg/(c㎡·d)。最佳工艺钝化耐点蚀性比未钝化的提高了1倍左右。

 ②. 電(diàn)化學(xué)实验

  表6-9為(wèi)317不锈钢在3.5%NaCl溶液中的极化曲線(xiàn)的重要参数数值。

 从表6-9可(kě)知，经过最佳钝化工艺钝化后的317不锈钢的自腐蚀電(diàn)位和点蚀電(diàn)位均比未进行钝化的317不锈钢的大，且点蚀電(diàn)位提高了1倍左右，即经过最佳钝化后的317不锈钢的耐均匀腐蚀性得到了相应的提高。

3. 奥氏體(tǐ)不锈钢经配方3#钝化后的结果

 ①. 由于本配方只使用(yòng)檬酸4%,不像其他(tā)配方使用(yòng)氧化剂，钝化后不锈钢点蚀電(diàn)位的重现性不是很(hěn)好，必须在化學(xué)钝化后进行后处理(lǐ)，50%(體(tǐ)积分(fēn)数）硝酸后处理(lǐ)时间為(wèi)10min,钝化后不锈钢的点蚀電(diàn)位达到1095mV,耐点蚀性能(néng)很(hěn)强。

 ②. 不锈钢柠檬酸化學(xué)钝化试样的XPS分(fēn)析。所用(yòng)仪器是Phi5500型X射線(xiàn)光電(diàn)子能(néng)谱仪，激发源為(wèi)A1靶，功率為(wèi)200W。表6-10是不锈钢钝化后表面和基體(tǐ)主要金属元素的原子数分(fēn)数分(fēn)布检测结果。

  对表6-10进行分(fēn)析，可(kě)得出钝化膜主要由金属氧化物(wù)组成，Fe和Cr的氧化物(wù)在表面钝化膜中占的比例相当。金属Cr元素主要以Cr₂O₃的形式存在，同时还存在于CrO₃、CrO₂、CrOOH、Cr(OH)₃等结构中。金属Fe元素以Fe₃O₄的形式存在，同时还存在于FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeOOH等结构中。

4. 304不锈钢在配方 4#钝化后的结果

 ①. FeCl₃浸泡实验

  為(wèi)了得到优越的耐点蚀性能(néng)，以便得到最佳钝化配方及工艺，通过实验得到配方4#。实验温度在40~60℃范围内对结果的影响较小(xiǎo)，最佳的腐蚀失重仅為(wèi)8.2mg/(cm2.d),而钝化时间是影响耐蚀性好坏的最主要因素，钝化时间為(wèi)分(fēn)钟。

②. 极化曲線(xiàn)

  表6-11為(wèi)304不锈钢钝化前后阳极极化曲線(xiàn)参数。

 由表6-11可(kě)见，经钝化处理(lǐ)的304不锈钢的耐腐蚀性明显提高。点蚀電(diàn)位是钝化膜开始发生击穿破坏的電(diàn)位，是不锈钢重要的電(diàn)化學(xué)性能(néng)指标，它直接决定着不锈钢耐点蚀性能(néng)的好坏。

③. XPS分(fēn)析

  处理(lǐ)后的钝化膜中铁的含量减少，铬和镍的含虽增加，氧的含量变化不大。由于表面钝化膜中铬、镍元素含量明显增加，从而提高了304不锈钢的耐蚀性能(néng)。