江苏大学鲁金忠团队腐蚀顶刊：激光冲击强化显著提升马氏体不锈钢耐蚀性能！

2022-10-18 14:39:51 作者：材料科学与工程来源：材料科学与工程分享至：

马氏体不锈钢由于其优良的机械性能和耐蚀性，在涡轮叶片、油气阀、蒸汽发生器、核电站等行业中得到了广泛应用。然而，较高的Cr含量和少量C元素在回火的过程中可能导致富Cr碳化物和贫Cr区的形成，最终导致局部点蚀的发生。激光冲击强化技术(LSP: Laser shock peening)，作为一种较新的表面塑性变形强化技术，通过改变表层材料的微观组织和残余应力状态进而影响金属材料的腐蚀行为。针对马氏体不锈钢的LSP强化处理，近年来的研究主要集中在LSP带来的残余压应力、力学/疲劳性能的改善以及晶粒细化等方面，很少有研究涉及LSP诱导的表面改性对马氏体不锈钢腐蚀性能的影响。先前的研究表明，LSP诱导的超高应变率激光冲击波可以使得富Cr碳化物发生明显的碳化物碎化和溶解现象。此外，由于C和Cr元素在纳米晶和高密度位错中的快速扩散率，塑性变形诱导的纳米碳化物析出变得有可能。上述微观组织的变化都极大地影响着马氏体不锈钢的腐蚀行为，因此，有必要系统地研究LSP引起的基体和碳化物的变化对AISI 420马氏体不锈钢腐蚀性能的影响。

来自江苏大学的王长雨博士(第一作者)和鲁金忠教授(通讯作者)等人研究了LSP对AISI 420马氏体不锈钢表面粗糙度、残余应力、微观组织以及电化学/长时间浸泡腐蚀行为(3.5 wt.% NaCl溶液)的影响。通过透射电镜观察和能谱元素面扫，对激光冲击波作用下马氏体基体和碳化物的变化进行了表征；利用对动电位极化曲线和不同浸泡时间下电化学阻抗谱的测量分析腐蚀行为；并对浸泡后的腐蚀表面进行详尽的点蚀坑表征和钝化膜成分分析；最后讨论了LSP诱导的多种表面改性对AISI 420马氏体不锈钢腐蚀性能提升的影响机理。相关论文以题为“Obvious improvement in electrochemical and long-term immersion corrosion resistance of AISI 420 martensitic stainless steel using laser shock peening”发表在Corrosion Science。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2022.110688

结果表明：LSP在AISI 420马氏体不锈钢表面诱导明显的表面粗化、高幅值残余压应力、马氏体板条纳米化、富Cr碳化物分解和纳米碳化物析出等现象。

图1 LSP诱导的表面粗化和残余压应力层

图2 LSP诱导的基体纳米化、富Cr碳化物分解和纳米碳化物析出

LSP使得AISI 420马氏体不锈钢的钝化电流密度降低~98.1%，并且导致点蚀电位提升~89.5%。在3.5 wt.% NaCl溶液浸泡不同时间后(0、1、3、7、15和30天)的电化学阻抗谱数据说明LSP试样表面的钝化膜表现出更好的耐蚀性。未处理试样在浸泡1天后，表面出现明显的锈蚀现象，在浸泡30天后，锈蚀加剧，点蚀坑深度达到~189.92 μm；而LSP试样即使在浸泡30天后表面也没有发现肉眼可见的锈蚀，但是从高倍SEM图发现表面发现大量亚微米/纳米级腐蚀坑，可测得的点蚀坑深度只有~0.23 μm。