先进超高强度不锈钢钝化膜稳定性及其主控机制研究

本项目针对超高强度不锈钢腐蚀敏感性与其钝化膜稳定性密切相关的特点，研究材料因素、环境因素与钝化膜稳定性之间的相关性及其电化学作用机制。通过在钝化膜研究中引入微观组织特征分析，阐明马氏体形态、亚结构、析出相、残余奥氏体等对超高强度不锈钢钝化膜结构与稳定性的作用规律。围绕超高强度不锈钢综合性能的匹配效应，重在评估钝化膜结构、稳定性特征与材料微观组织结构之间的依赖关系。通过对不同介质环境中钝化膜电化学行为的测试与分析，采用微区电化学、表面物相分析和表观观察等方法，在综合对比考察钝化膜成分、结构、缺陷类型与浓度、半导体特征等参量对钝化膜稳定性影响的基础上，明确环境因素与钝化膜稳定性之间内在的规律性。旨在阐明钝化膜形成、稳定化、溶解以及破裂过程中的内在物理化学机制。项目可为超高强度不锈钢钝化理论体系奠定基础，为其材料设计和耐蚀性提高提供新思路和新方法。

项目围绕新一代飞机研制需求，以新型超高强度不锈钢为研究材料，通过微观结构观察和分析，获得了不同成分、热处理制度下超高强度钢析出相、夹杂物和残余奥氏体的组织特征。采用动电位极化曲线、电化学交流阻抗、慢应变速率拉伸并结合微区电化学等技术，研究了3类7种超高强度马氏体钢在模拟海洋大气环境中的点蚀及应力腐蚀开裂行为及规律，考察了氯离子和氢对腐蚀行为的影响。结果表明：新型超高强度钢Cr9Ni5MoCo14的腐蚀速率比300M低2个数量级，超高强度不锈钢在酸性溶液中呈钝化状态，钝化膜中施主/受主浓度降低和钝化膜增厚是其耐蚀性提高的主要原因，Cl－促进金属离子空位的生成从而引起钝化膜的破坏。碳化物电位较低，M23C6和M7C3的析出降低了钝化膜耐蚀性，提高点蚀敏感性。随碳化物尺寸降低或残余奥氏体含量升高，超高强度马氏体不锈钢耐蚀性提高，碳化物对钝化膜稳定性起主要作用。有限元计算和微区电化学结果表明，应力腐蚀裂纹尖端处的钝化膜厚度小于基体，随外加应力增大钝化膜厚度减薄，非均匀分布的应力对裂尖阳极溶解电流有明显影响。项目工作可为新型超高强度不锈钢的合金设计和工艺优化提供理论支撑。