一、引言

不锈钢，作为一种合金材料，由于其具有优异的综合性能，在生活和建筑领域中都得到了广泛应用，可是在某些恶劣环境下不锈钢的腐蚀速率仍然很快。因此，研究人员采用合金化这一方法，通过向钢中加入耐蚀元素Cr使不锈钢进入钝化状态从而提高不锈钢的耐腐蚀性能，以达到延长其使用寿命的目的。早期研究发现，Cr含量必须高于12 at.%，才能在合金表面形成致密具有保护性的钝化膜，但Cr元素的含量并不是越高越好，当Cr含量高于25 at.%时，会形成有害的σ相，反而不利于它的耐腐蚀性能，因此需要深入探索Cr含量的变化对不锈钢腐蚀性能的影响以及对钝化膜性能造成的改变。

二、测试方法

实验所需的Fe-Cr-Ni合金材料，是利用电弧熔炼技术将纯度为4N的Fe颗粒、Cr颗粒、Ni颗粒制备所得。制备出的圆锭状试样Cr含量分别为5 wt.%、8 wt.%、10 wt.%、12 wt.%、15 wt.%。熔炼操作在氩气保护气氛下进行。熔炼过程中，至少通过六次翻转重熔。随后，在氩气环境中进行均质化处理，处理温度为1200℃，持续时间为12小时。均质化处理完成后，通过水冷方式迅速冷却样品，固定其组织结构。

将5组材料分别进行切割，得到若干个尺寸为10mm×10mm×2mm的样品。采用逐级细化的砂纸对样品表面进行打磨，抛光。而后，采取以下方法进行实验测试：

1. 进行物相XRD测试。使用的仪器是日本生产的Smart Lab系列X射线衍射仪。测量时使用单色Cu靶激发的Kα射线源进行XRD分析，λ为0.154 nm，扫描速度为6 °/min，2θ的范围为10°~90°，实验功率为100 kW。

2.进行盐雾试验。在智能盐雾腐蚀试验箱E-033-01ITD进行，箱体温度控制在35±2℃，确定盐雾试验时间为48小时，50g/L NaCl溶液在箱内形成连续盐雾，收集溶液pH值为6.5~7.2，观察不同Cr含量样品表面的腐蚀情况。

3.极化曲线测量。极化曲线是电化学腐蚀研究中的一个重要工具。利用电化学工作站CHI660E测量样品的动电位极化曲线，工作电极为待测样品，对电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极，测试溶液为3.5 wt.%NaCl溶液。

三、测试结果

（一）XRD物相分析

通过Cr5、Cr8、Cr10、Cr12、Cr15五组试样的XRD图谱与PDF卡片对比，并根据布拉格方程计算该种合金的晶格参数分析，可知五组样品中，从含Cr量5%到含Cr量12%的试样，均为单一的BCC结构，只有单相铁素体，其晶格常数都保持基本一致，没有表现出明显改变。当Cr含量达到15%时，不仅含有BCC结构，还产生了析出相，为FCC结构，虽出现了第二相，但Cr15试样BCC、FCC的晶格常数都与前四组的相差不大，基本保持一致，说明只是发生了部分BCC到FCC的变化，并未产生晶格畸变。

（二）盐雾试验分析

通过观察可知未被腐蚀的试件表面经抛光，平整光亮，不存在明显缺陷，无腐蚀痕迹，表面呈银白色金属光泽。

由图3.2可以看出经过盐雾试验后，试样表面存在腐蚀产物。而且Cr5试样腐蚀程度最重，腐蚀产物呈浅褐色薄层，腐蚀面积约占试样表面三分之一；Cr8、Cr10、Cr12表面从宏观观察腐蚀程度依次减轻；Cr15表现出的腐蚀现象最轻，金属光泽受到轻微影响，几乎无变化。

图3.2 盐雾试验结果

（a）Cr5试样（b）Cr8试样（c）Cr10试样（d）Cr12试样（e）Cr15试样

Cr5试样被腐蚀的程度最重，Cr15试样被腐蚀的程度最轻，五组试样被腐蚀的程度随Cr含量的增加而逐渐减轻。

（三）极化曲线分析

图3.3为Cr5、Cr8、Cr10、Cr12、Cr15五组试样的极化曲线，可以看出五组样品极化曲线的斜率逐渐变小，表明五组样品随着Cr含量的升高，耐腐蚀性能逐渐增强。

从图3.3可以看出五组试样的曲线均存在钝化区，也就是五种Cr含量的试样均发生了钝化现象，所形成的钝化膜对样品起到保护作用，提高了样品的耐腐蚀性。而随着Cr含量从5%到15%的增长，从图中可以看出钝化区的区域明显增加，代表耐腐蚀性能逐渐增强。

图3.3 Fe_(88-x)Cr_xNi₁₂试样的极化曲线

极化曲线中，正曲线的拐点处所对应的电压为点蚀电压，表示电压大于这一点后样品则开始点蚀。从图3.3也可看出，极化曲线的点蚀电位逐渐增大，且当Cr含量达到15%时，点蚀电位处发生突变，表明随着Cr含量的增加，样品的点蚀敏感性越来越低，耐点蚀性能逐渐增强。

四、结论

通过对Cr含量分别为5%、8%、10%、12%、15%的Fe-Cr-Ni不锈钢样品进行上述测量研究，结论如下：

Cr5、Cr8、Cr10、Cr12四组样品均为单一的铁素体，Cr15产生了析出相，既有铁素体又有奥氏体，但晶格常数没有产生较大的变化，未发生晶格畸变。

经盐雾试验、极化曲线测量分析，发现Cr5最易腐蚀，随Cr含量的增高，试样的耐腐蚀性逐渐增强。在五组试样中，Cr15的耐腐蚀性能最强。

Fe(88-x)CrxNi12(x=5,8,10,12,15)合金样品表面钝化膜均表现为n型半导体，且随着Cr含量的增高，其载流子浓度降低，电阻逐渐增加，也反映了其耐腐蚀性的不断提高。

作者简介：闫妤，性别：女，民族：汉，邮编：071000，毕业院校：河北工业大学，学历：工学学士，专业：金属材料工程，研究方向：金属表面改性。