磨蚀中钝化对奥氏体不锈钢表面形变强化行为的影响及作用机制研究

Work hardening (deformation strengthening) would happen on the metal materials surface during the tribocorrosion processes. It has a great significance in improving the tribocorrosion resistance of the metal materials. For the passive metals, the surface plastic deformation is not only related to their nature and the mechanical stress, but also influenced by the passive condition. The surface deformation would be enhanced when the passive reaction was happening during the tribocorrosion. However, up to now, the influence rule and the action mechanism of the passivation on the surface deformation in the tribocorrosion are still remained unclear. It restricts the selecting and using of the tribocorrosion resistance materials in the practical application. The aim of this project is to investigate this question. We plan to use an austenite stainless steel as substrate. The influence rule will be investigated by changing the parameters of the passivation and depassivation. The interfaces which contain the microstructures evolution, dislocation configuration and the characters of passive films will be characterized to explore the action mechanism of the passivation on the surface deformation in the tribocorrosion. This project would be helpful to understand the failure mechanism of tribocorrosion further and could offer a useful reference for designing and using the tribocorrosion resistance metal materials.

金属材料表面在磨蚀过程中会发生硬化现象（形变强化），这对材料抵抗磨蚀降解有着重要的积极意义。对于具有钝化能力的金属而言，其表面的塑性变形行为不仅与材料本身性质和外力有关，还会受到钝化状态的影响：钝化反应的发生会促进表面变形。但是到目前为止，磨蚀中钝化影响形变强化的作用规律和作用机制仍未明确，这制约了实际应用中耐磨蚀材料的科学选择和设计。针对这一问题，本项目拟以奥氏体不锈钢作为研究对象，通过改变磨蚀中的钝化和去钝化参数，揭示机械磨损与腐蚀反应的交互作用影响材料表面形变强化行为的规律，并对不同磨蚀条件下材料微观组织演变、位错形态与分布和钝化膜性质等界面特征进行表征分析，建立钝化反应影响塑性变形行为的作用机制。本项目的开展有助于深入认识磨蚀失效机制，并为耐磨蚀金属材料的设计与使用提供参考依据。

金属材料表面在磨蚀过程中会发生硬化（形变强化），这对材料抵抗磨蚀降解有着重要的积极意义。对于具有钝化能力的金属而言，其表面的塑性变形行为不仅与材料本身性质和外力有关，还会受到钝化状态的影响。但是到目前为止，磨蚀中钝化影响形变强化的作用规律和作用机制仍未明确，这制约了耐磨蚀材料的科学选择和设计。本项目以316L奥氏体不锈钢作为研究对象，通过在四种典型腐蚀介质中（硫酸、氢氧化钠、硫酸钠和氯化钠溶液）的磨蚀行为研究，选择了硫酸溶液作为研究钝化对不锈钢在磨蚀中表面塑性变形行为的腐蚀介质。通过改变磨蚀中外加载荷、外加电位、摩擦频率这三个影响的钝化的关键参数，揭示了机械磨损与腐蚀反应的交互作用影响材料表面形变强化行为的规律：①钝化无论在什么条件下发生，均能促进不锈钢表面的塑性变形；②钝化程度与阳极电流均会对不锈钢表面塑性变形产生影响，较完全的钝化程度和较高阳极电流的组合可以促进不锈钢表面的塑性变形，提高形变强化效果。本项目还通过对微观组织演变、位错形态与分布和氧化膜性质等界面特征进行表征分析，研究了钝化反应影响塑性变形行为的作用机制，发现钝化反应和阳极溶解会促进不锈钢在磨蚀中形成非晶氧化物钝化膜（或称为摩擦膜），当钝化膜与底部不锈钢基体在外力作用下反复变形时，由于非晶氧化物的变形能力远弱于不锈钢，因此不锈钢基体需要协调变形，这会导致钝化膜/不锈钢界面处产生应力集中，促使位错在界面处形核，并向不锈钢基体内滑移，导致塑性变形加剧。本项目的研究结果进一步深入认识了不锈钢的磨蚀失效机制，并为耐磨蚀金属材料的设计与使用提供了参考依据。