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金属所不锈钢点蚀形核机制研究获得新进展

  不锈钢的金属点蚀机理取得新进展

  图片:W020100630581974010322.jpg
说明:在不锈钢点蚀盐水中初期硫化锰局部溶解的定位。通过显微组织和成分分析,证实具有尖晶石结构的MnSr2O4纳米粒子分散在MnS中。硫化锰的局部溶解开始于与氧化物颗粒的界面,并因此逐渐扩展到材料的主体中。这些氧化物纳米粒子通常具有特定的八面体形状。最近,由中国科学院沉阳科学技术研究院材料科学国家重点实验室马修良教授领导的研究小组利用高分辨透射电子显微镜发现硫化锰夹杂物分散分布于八面体结构氧化物(MnCr2O4)纳米粒子。在模拟材料使用条件下的原位环境(外部)电子显微镜研究表明,这些纳米氧化物的存在对应于硫化锰中固有的微小“肿瘤”。在某些介质条件下,硫化锰的局部溶解起源于它与“肿瘤”之间的界面,并因此逐渐扩展到材料的体内。研究还表明,氧化物纳米八面体导致硫化锰局部溶解速率的局部差异。在此基础上,研究小组与英国贝尔法斯特女王大学的胡培军教授合作,找出那些活性强,容易溶解于其周围的硫化锰的金属氧化物八面体,并以金属离子为外表面(型号“恶性肿瘤“);相反,活性较低的纳米八面体外表面有氧离子(”良性肿瘤“),这为揭示硫化锰早期溶解的起始位置提供了直接证据不锈钢的点蚀,使人们对不锈钢点蚀机理的认识由以往的微米级推动到原子级。提供原子级结构和组成信息的新方法该研究于2010年6月16日在Acta Materialia在线发表(相关链接:http://dx.doi.org/10.1016/j.actamat.2010.05.043)。不锈钢表面由于形成致密的氧化铬膜而具有很高的耐腐蚀性,被广泛应用于现代工业和日常生活中。但是,在防止均匀腐蚀的同时,难以避免不锈钢的局部点蚀(即“点蚀”)。点蚀的发生始于材料表面,并经过两个阶段的成核和生长,最终到达材料表面的深度方向的快速扩展。因此,点蚀的危害是非常隐蔽和突然的。特别是在石油,化工,核电等领域,点蚀容易导致管壁穿孔,使油气大量泄漏,甚至引起火灾,爆炸等灾害。从二十世纪三十年代到现在,人类对不锈钢点蚀形核机理的探索从未停止过。点蚀已成为材料科学和工程领域的经典问题之一。尽管人们普遍认为由于硫化锰夹杂物在不锈钢中的局部溶解而发生点腐蚀,但由于缺乏微观的结构和组成信息,所以将点腐蚀的初始成核点描述为“随机且不可预知的”。初期点蚀的“模糊性”一直限制了人们对不锈钢点蚀机理的认识和抗点蚀措施的改善。广泛关注并得到有效控制,如冶金技术中通过减小非金属夹杂物的尺寸,就成为“超洁净”钢,马修良等人的研究表明,即使氧化物尺寸由于纳米尺寸减小到纳米数量级,它们仍然可以通过电化学手段破坏材料的结构,所以在传统(或新的)金属材料中应该注意小尺寸氧化物夹杂物的形成和功能,对于提高在一定的介质条件下长期服役的金属材料和生物医用材料的适用性具有重要意义

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