晶粒尺寸梯度分布对316L不锈钢耐腐蚀性能的影响

蔡锋，方铁辉

(湖南大学 材料科学与工程学院，长沙 410082)

当金属材料的晶粒尺寸细化到纳米级时，晶界原子大幅度增加，从而使材料具备优异的力学性能，如高强度、高硬度、耐磨损以及优异的抗疲劳性能等[1−4]，同时也显著影响材料的耐腐蚀性能。LIU等[5]研究晶粒细化对纳米金属电化学腐蚀性能的影响时，发现晶粒细化可使元素的扩散速度加快，钝化膜组成元素和

表面离子吸附性能发生变化，从而导致更快的钝化膜形成速度，形成更致密的钝化膜。晶粒细化对材料耐腐蚀性能的影响涉及多种因素，如晶粒尺寸[6−7]、环境[8−9]、处理工艺[10−11]、织构[12−13]和杂质浓度[14]等。因此，耐腐蚀性能与晶粒尺寸之间很难建立直接联系。最近， RALSTON等[15]综述了晶粒尺寸对材料耐腐蚀性能的影响，认为在活化环境中，晶粒细化导致耐蚀性能下降，而在钝化环境中，晶粒细化导致耐蚀性能增强。目前的研究大多集中于晶粒尺寸均匀分布的块体纳米金属材料，这种材料由于缺乏加工硬化能力，在无约束拉伸变形时塑性极其有限。而具备优异强塑性匹配的纳米金属材料通常由不同尺度的微结构构筑而成，如孪晶，二元分布，纳米梯度结构等，其晶粒尺寸，或者说显微结构特征尺寸，分布在较宽的范围内。这种材料的晶粒尺寸分布直接影响其耐蚀性能。GOLLAPUDI[16]分析认为，晶粒尺寸决定钝化膜的厚度、致密度和元素分布等，因此晶粒尺寸分布显著影响钝化膜的均匀性，从而影响材料的电化学腐蚀性能。……