304不锈钢由于其优良的性能，在国内外石化企业广泛使用，但不锈钢材料应用中因摩擦碰撞破坏表面、机械打磨不完整、表面存在杂质等因素使表面处理不好时，其耐腐蚀性能会大大降低。因此，需要对不锈钢表面处理，而不锈钢最主要的表面处理提高其耐腐性的方法就是钝化。

    304不锈钢在硝酸中钝化，会在表面生成一层致密的钝化膜。该钝化膜具有动态特征，通常在有氯离子情况下，钝化膜容易破裂产生点蚀，而在氧化剂（如O2 ）存在时能保持或修复钝化膜，这对于延长304不锈钢材料的使用寿命有重要的作用。

    试验

    试样制备

    实验所用材料为304不锈钢，其化学成分见表1。

    用线切割方法加工成直径为6 mm的圆片，采用酚醛树脂镶嵌，环氧树脂封装成工作电极，将工作面用氧化铝砂纸分别由粗到细依次打磨至400#、600#、800#、1200#，然后用丙酮清洗，经去离子水冲洗干净并吹干，置于干燥皿中备用。

    钝化工艺为：体积比为10%HNO3溶液，钝化时间为15分钟，钝化温度为室温22±1℃。腐蚀溶液为质量分数3%NaCl溶液，实验腐蚀温度为室温22±1℃，研究试样电极结构如图1。

    测试方法

    粗糙度测试采用TR100袖珍粗糙度仪，各304不锈钢试样表面粗糙度见表2（误差范围±0.02μm）。电化学测试采用荷兰EcoChemie公司Autolab PGSTAT30电化学工作站。测量时间为2048s，采样间隔时间为0.25s。

    表2  不同氧化铝砂纸打磨下304不锈钢在的表面粗糙度

    结果与讨论

    动电位扫描测试

    图2是不同粗糙度不锈钢试样在硝酸溶液中钝化后的动电位扫描结果。四条不同粗糙度不锈钢钝化后扫描曲线走势基本一致。

    由表3可以看出，粗糙度对不锈钢钝化膜形成有重要的影响，粗糙度越小的不锈钢试样表面，形成的钝化膜也越致密，自腐蚀电位和点蚀点位越高，也更耐腐蚀。

    与不钝化的304不锈钢的点蚀电位比较（表4）。发现钝化后的点蚀电位均有上升，不锈钢表面的致密钝化膜明显提高了点蚀电位，改变了不锈钢表面耐腐蚀特性。粗糙的不锈钢表面改善的效果明显，耐腐蚀性增强。

    电化学阻抗谱

    由图3可知，钝化后的不锈钢，表面很稳定，不同粗糙度的试样都是形成一容抗弧。

    表5为其等效电路分析结果，可以等效电路为Rs（RtCd ）见图4。

    图5为钝化前后的不锈钢试样电荷转移电阻的比较，未钝化的不同粗糙度的不锈钢试样阻抗图见图6。不同的粗糙度试样，钝化形成的氧化膜也不同，粗糙度大的不锈钢试样，钝化前后比较耐腐蚀性提高更加明显。可见粗糙度对于不锈钢钝化膜的形成有着决定性的作用，粗糙度小的不锈钢表面更能形成致密的、耐腐蚀的钝化膜。

    电化学噪声

    图7 是四种不同粗糙度304不锈钢在硝酸钝化下的电化学噪声曲线。表6为不同粗糙度304不锈钢钝化后噪声曲线时域分析σV,σI和Rn值。由表可以看出，粗糙度越小的不锈钢试样钝化越耐点腐蚀。

    从图8和表7可以看出，随着304不锈钢钝化试样粗糙度从0.25 μm降到0.10 μm，KI和KV都增大，谱功率密度（PSDV、PSDI）曲线波动减小，点蚀更难发生。

    从图9及表7可以看出，不同粗糙度钝化的试样表面稳定性不同，光滑试样钝化膜则越稳定。

    图9 不同粗糙度304不锈钢钝化谱噪声曲线

    结论

    1    表面粗糙度越小的不锈钢钝化，耐腐蚀性越好。

    2    不同粗糙度对钝化膜形成有重要影响，对钝化膜耐腐蚀性也有很重要影响。

    3    粗糙度越小的试样表面形成的钝化膜越耐腐蚀，不锈钢表面形成的钝化膜也越稳定。

    4    动电位扫描、电化学阻抗谱和电化学噪声分析结果一致，均证明表面粗糙度对不锈钢钝化膜形成有着重要影响，与粗糙的不锈钢表面相比，在光滑的不锈钢表面上更容易形成致密的稳定的且耐腐蚀性强的氧化膜，但粗糙度越高，钝化改善耐点蚀作用越明显。

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责任编辑：王元

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