本文由Aliaa Abdelfatah、A. M. Raslan和Lamiaa Z. Mohamed共同撰写，分别来自埃及开罗大学工程学院采矿、石油和冶金工程系以及埃及原子能管理局核研究中心冶金部材料分部。该研究于2022年3月4日发表在《International Journal of Electrochemical Science》上，文章编号为220417，DOI为10.²⁰⁹⁶⁴⁄₂₀₂₂.04.29。

研究背景

不锈钢（Stainless Steel, SS）因其优异的耐腐蚀性在科学和工程领域广泛应用。304不锈钢（304 SS）是一种常见的奥氏体不锈钢，其耐腐蚀性主要归因于表面形成的钝化膜（passive film）。然而，在酸性环境中，304 SS仍可能发生点蚀（pitting corrosion），尤其是在含有氯离子（Cl⁻）和硫酸根离子（SO₄²⁻）的介质中。点蚀是一种局部腐蚀形式，通常难以检测，直到造成严重破坏。因此，研究304 SS在不同浓度氯化钠（NaCl）和硫酸（H₂SO₄）溶液中的腐蚀行为具有重要意义。

本研究旨在通过化学和电化学技术，探讨304 SS在不同浓度NaCl和H₂SO₄溶液中的点蚀行为，并分析其腐蚀速率、表面形貌和元素分布。

研究方法

研究分为以下几个步骤：

1. 样品制备
   304 SS的化学成分为0.07% C、0.62% Si、0.12% V、0.21% Co、0.95% Mn、17.9% Cr、0.08% Mo、7.6% Ni，其余为铁。样品被切割成1 cm × 2 cm × 4 mm的尺寸，表面经过研磨、抛光和清洗处理。

2. 失重法（Weight-Loss）
   将样品分别浸泡在0.5 M和1 M的NaCl和H₂SO₄溶液中，分别在7天、14天和21天后取出，清洗腐蚀产物并称重，计算腐蚀速率。

3. 动电位极化（Potentiodynamic Polarization）
   使用PGZ 100型恒电位仪进行电化学测试，测试温度为25°C。通过Tafel曲线计算腐蚀电流密度（icorr）和腐蚀电位（Ecorr），并进一步计算腐蚀速率。

4. 循环伏安法（Cyclic Voltammetry）
   在-1200 mV至200 mV的电位范围内，以20 mV/s、50 mV/s和100 mV/s的扫描速率进行循环伏安测试，研究不同扫描速率下的电化学行为。

5. 表面形貌分析
   使用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDX）和元素分布图（Mapping）对腐蚀后的304 SS表面进行形貌和元素分析。

研究结果

1. 失重法结果
   在NaCl溶液中，随着浓度的增加，304 SS的失重略有减少，腐蚀速率降低；而在H₂SO₄溶液中，失重显著增加，腐蚀速率随浓度增加而上升。

2. 动电位极化结果
   在1 M NaCl溶液中，304 SS表现出最高的耐腐蚀性；而在1 M H₂SO₄溶液中，腐蚀速率显著增加。H₂SO₄的酸性比NaCl更具侵蚀性，导致腐蚀速率加快。

3. 循环伏安法结果
   在NaCl溶液中，随着扫描速率的增加，氧化和还原峰电流增加；而在H₂SO₄溶液中，电流峰的高度也随扫描速率增加而增加。这表明304 SS在H₂SO₄中的腐蚀阻力较低，而在NaCl中由于铁和铬氧化物的形成，腐蚀阻力较高。

4. 表面形貌分析
   SEM图像显示，在NaCl溶液中，304 SS表面存在点蚀和一般腐蚀；而在H₂SO₄溶液中，腐蚀损伤更为严重，尤其是在1 M H₂SO₄中，硫酸根离子（SO₄²⁻）破坏了表面的Cr₂O₃钝化膜，导致点蚀的形成。

结论

研究表明，304 SS在NaCl溶液中的腐蚀速率较低，而在H₂SO₄溶液中的腐蚀速率显著增加。NaCl浓度的增加延迟了点蚀的形成，但H₂SO₄的酸性加速了钝化膜的破坏。通过失重法、动电位极化和循环伏安法的综合分析，证实了304 SS在1 M NaCl中具有较高的耐腐蚀性。表面形貌分析进一步揭示了H₂SO₄对304 SS表面的严重腐蚀损伤。

研究意义

本研究为理解304 SS在不同腐蚀介质中的行为提供了重要数据，尤其是在含有氯离子和硫酸根离子的环境中。研究结果对工业应用中304 SS的选材和腐蚀防护具有重要指导意义。此外，研究中使用的方法和分析技术为未来类似研究提供了参考。

研究亮点

1. 重要发现：304 SS在NaCl和H₂SO₄溶液中的腐蚀行为存在显著差异，H₂SO₄的酸性显著加速了腐蚀过程。
2. 方法创新：结合失重法、动电位极化和循环伏安法，全面评估了304 SS的腐蚀行为。
3. 应用价值：研究结果为工业应用中304 SS的腐蚀防护提供了科学依据，尤其是在酸性环境中的使用。