電化學(xué)法在晶間腐蝕測試中的具體應(yīng)用步驟

電化學(xué)法在晶間腐蝕測試中通過測量材料在特定電位下的電流響應(yīng)，定量評估晶界貧鉻區(qū)或敏化區(qū)域的腐蝕敏感性，具有快速、定量和高靈敏度的優(yōu)勢。以下是具體應(yīng)用步驟及技術(shù)細節(jié)：

一、測試前準備

1. 試樣制備

• 不銹鋼：650℃保溫1小時（模擬焊接熱影響區(qū)）。

• 鋁合金：120℃時效24小時（促進β相析出）。

• 機械拋光至Ra≤0.05μm（避免劃痕干擾）。

• 脫脂（丙酮超聲清洗5分鐘）→去離子水沖洗→干燥（氮氣吹掃）。

• 材料選擇：奧氏體不銹鋼（如304、316L）、雙相鋼（2205）或鋁合金（5xxx系）。

• 尺寸要求：通常為10×10×3mm，工作電極表面積固定（如1cm2），非測試面用環(huán)氧樹脂密封。

• 表面處理：

• 敏化處理（可選）：

2. 電解池配置

• 不銹鋼：0.5M H?SO? + 0.01M KSCN（加速晶界活化）。

• 鋁合金：3.5% NaCl + 0.1M H?O?（模擬海洋環(huán)境）。

• 工作電極（WE）：待測試樣。

• 參比電極（RE）：飽和甘汞電極（SCE）或Ag/AgCl（電位穩(wěn)定，誤差±2mV）。

• 輔助電極（CE）：鉑片或石墨棒（表面積＞5倍工作電極）。

• 三電極系統(tǒng)：

• 電解液：

二、測試流程（以EPR法為例）

1. 開路電位（OCP）穩(wěn)定

• 浸泡試樣至OCP波動＜1mV/min（通常需30分鐘），確保表面狀態(tài)穩(wěn)定。

2. 動電位掃描

• 掃描參數(shù)（以Gamry電化學(xué)工作站為例）：

  步驟	電位范圍（vs. SCE）	掃描速率	目的
  陰極極化	OCP→-0.5V	1mV/s	去除表面氧化膜
  陽極極化	-0.5V→+0.3V	1mV/s	形成鈍化膜
  反向掃描	+0.3V→-0.5V	0.5mV/s	檢測再活化電流（關(guān)鍵步驟）

3. 數(shù)據(jù)采集與分析

• R%＜1%：未敏化（合格）。

• R% 1%~5%：輕度敏化（需工藝優(yōu)化）。

• R%＞5%：嚴重敏化（不合格）。

• ${?}_{?}$：反向掃描積分電荷量（晶界腐蝕活性）。

• ${?}_{?}$：正向掃描積分電荷量（總活化電荷）。

• 再活化率（R%）計算： $?\mathrm{\%}=\left(\frac{{?}_{?}}{{?}_{?}}\right)\times 100$

• 判定標準：

三、關(guān)鍵標準與參數(shù)優(yōu)化

1. 國際標準參考

• ASTM G108：鎳基合金EPR測試標準，可擴展至不銹鋼。

• ISO 12732：不銹鋼雙環(huán)EPR法（DL-EPR），掃描速率0.5mV/s。

2. 參數(shù)優(yōu)化建議

• 掃描速率：速率過快（＞2mV/s）會掩蓋晶界反應(yīng)，過慢（＜0.1mV/s）導(dǎo)致過度腐蝕。

• 電解液溫度：30±1℃（溫度升高1℃，R%可能增加10%~20%）。

• 表面處理：電解拋光（優(yōu)于機械拋光）可減少假陽性信號。

四、注意事項與常見問題

1. 干擾因素控制

• 溶液除氧：通氮氣30分鐘（避免氧還原反應(yīng)干擾）。

• 屏蔽電磁干擾：法拉第籠或接地處理。

2. 結(jié)果驗證

• 金相對照：EPR測試后切取試樣，驗證晶界腐蝕深度（如304不銹鋼敏化后晶界腐蝕深度＞20μm）。

• 重復(fù)性：至少3次平行試驗，相對標準偏差（RSD）＜10%。

3. 設(shè)備維護

• 參比電極定期校準（KCl溶液飽和狀態(tài)檢查）。

• 鉑電極使用前在0.5M H?SO?中活化（10次循環(huán)掃描）。

五、應(yīng)用案例

• 核電管道焊接區(qū)檢測： 某核電站對316L不銹鋼焊縫進行DL-EPR測試，發(fā)現(xiàn)熱影響區(qū)R%達8%，金相確認晶界Cr??C?析出，通過固溶處理（1050℃水淬）將R%降至0.5%。

• 汽車鋁合金部件： 采用EPR法評估5052鋁合金晶間腐蝕敏感性，優(yōu)化退火工藝（350℃/2h）后，R%從12%降至2%。

通過電化學(xué)法可高效量化材料的晶間腐蝕傾向，結(jié)合微觀分析（如TEM觀察貧鉻區(qū)）能精準指導(dǎo)材料設(shè)計和工藝改進。測試時需嚴格遵循標準參數(shù)，并輔以傳統(tǒng)化學(xué)法或金相法驗證。