本文由Yu Zhang、Changdi Yang、Lin Zhao和Jiwen Zhang共同撰写，分别来自沈阳大学机械工程学院和中国科学院金属研究所。该研究于2020年12月31日发表在《International Journal of Electrochemical Science》上，文章编号为210251，DOI为10.²⁰⁹⁶⁴⁄₂₀₂₁.02.01。研究主题为304不锈钢在含氯离子（Cl-）溶液中的电化学腐蚀行为。

研究背景

304不锈钢因其优异的耐腐蚀性和加工性能，广泛应用于石化、造船、航空航天等工业领域。然而，在含有Cl-等卤素离子的环境中，304不锈钢表面形成的保护膜容易被破坏，导致严重的点蚀（pitting corrosion），从而影响材料的性能和使用寿命。点蚀的破坏性和危险性远高于均匀腐蚀，但其检测和控制更为复杂。因此，研究304不锈钢在含Cl-环境中的腐蚀行为具有重要的理论和实际意义。

研究目的

本研究旨在通过开路电位（open-circuit potential）、交流阻抗（AC impedance）和循环伏安曲线（cyclic voltammetry curves）等方法，探讨不同Cl-浓度和特定Fe3+浓度下304不锈钢的腐蚀行为，特别是Cl-对钝化膜（passive film）的破坏作用及其对点蚀的影响。

实验方法

实验材料

实验采用厚度为3mm的304奥氏体不锈钢板材，化学成分包括C 0.055%、Si 0.44%、Mn 1.21%、S 0.003%、Cr 18.28%、Ni 8.13%，其余为Fe。板材被切割成10 mm × 10 mm × 3 mm的试样，非工作表面用环氧树脂封装，保留10 mm × 10 mm的电极工作表面。

电化学测试

实验使用CS350电化学工作站，采用标准三电极系统：工作电极为304不锈钢，辅助电极为Pt电极，参比电极为饱和甘汞电极（SCE）。实验包括开路电位-时间曲线、循环伏安曲线和电化学阻抗谱（EIS）测试。开路电位测试持续48小时，循环伏安曲线扫描范围为-0.8 V至+2.0 V，扫描速率为5 mV/s。EIS测试的交流信号幅值为5 mV，频率范围为105至10-2 Hz。

实验结果与讨论

开路电位-时间曲线（OCP）

实验结果表明，随着Cl-浓度的增加，304不锈钢的钝化膜稳定性下降。在初始阶段，电位迅速上升，表明钝化膜的形成。随着浸泡时间的延长，电位逐渐稳定，但在后期，Cl-破坏了钝化膜的完整性，导致电位下降。不同Cl-浓度的溶液中，钝化膜的破坏时间不同，高浓度Cl-溶液中的钝化膜破坏更早。

循环伏安曲线

循环伏安曲线显示，随着Cl-浓度的增加，304不锈钢的点蚀电位（Eb）下降，表明材料的耐点蚀能力减弱。在低浓度Cl-溶液中，钝化膜的破坏较慢，而在高浓度Cl-溶液中，钝化膜的破坏速度加快。随着浸泡时间的延长，钝化膜的修复能力减弱，点蚀更容易发生。

电化学阻抗谱（EIS）

EIS结果显示，在浸泡初期，钝化膜对点蚀有一定的阻碍作用，但随着浸泡时间的延长，Cl-对钝化膜的破坏作用逐渐增强，腐蚀加剧。浸泡12小时后，钝化膜破裂，点蚀从亚稳态向稳态转变。

结论

1. 随着溶液中Cl-浓度的增加，304不锈钢钝化膜的稳定性下降，耐点蚀能力减弱。电位-时间曲线表明，点蚀的孕育过程可以用指数关系描述。
2. 在浸泡初期，奥氏体不锈钢的钝化膜能够在一定程度上阻碍Cl-的腐蚀，但随着浸泡时间的延长，Cl-破坏了钝化膜的完整性，最终导致明显的点蚀。

研究亮点

1. 本研究通过多种电化学方法系统研究了304不锈钢在含Cl-溶液中的腐蚀行为，揭示了Cl-浓度和浸泡时间对钝化膜破坏和点蚀的影响。
2. 研究结果对理解304不锈钢在含Cl-环境中的腐蚀机制具有重要意义，为工业应用中材料的选型和腐蚀防护提供了理论依据。

研究价值

本研究不仅深化了对304不锈钢腐蚀行为的理解，还为相关工业领域提供了重要的实验数据和理论支持，特别是在含Cl-环境中的材料选择和腐蚀防护方面具有重要的应用价值。