摘要:2205双相不锈钢由于其高耐蚀性，在评价材料性能时，其微观组织难以快速清晰地显示出来。在现有双相不锈钢腐蚀方法的基础上，采用草酸、碳酸氢钠、硝酸和甘油的配方优化腐蚀溶液，采用电解腐蚀法在短时间内获得清晰的双相不锈钢微观组织。
关键词:2205双相不锈钢；金相检验；耐腐蚀性；电解腐蚀；微观结构
中国图书馆分类号:TG178，文献识别码:A，文章号:1001-401205-0004-03
205双相不锈钢是第二代新型含氮双相不锈钢。固溶处理后，其显微组织中铁素体和奥氏体的含量大致相同，由铬、镍等主要元素组成。由于双相不锈钢中同时存在奥氏体和铁素体，因此晶间腐蚀倾向比纯奥氏体不锈钢小。当双相不锈钢在敏化温度范围内加热时，Cr23C6不在奥氏体晶界析出，而是先在铁素体中析出，使铬化合物不在晶界聚集，从而造成严重的缺铬。此外，双相不锈钢的耐腐蚀性也高于奥氏体不锈钢。2205双相不锈钢由于两相含量相差无几，可以在多种介质中钝化，因此具有良好的耐腐蚀性能[1-2]。然而，优异的耐腐蚀性使得双相不锈钢难以在金相检验中获得清晰的显微组织。
1金相检验和原始腐蚀方法
1.1金相检验方法
双相不锈钢切割→镶嵌→磨削→抛光，得到磨削表面光滑、无磨痕和变形层的金相试样。用适当的化学或物理方法腐蚀样品的抛光表面，使金属和合金的内部结构在金相显微镜下清晰地显示出来。这个过程称为金属材料的金相检验[3]。
1.2金属材料的电化学腐蚀机理
1.2.1电化学腐蚀原理
广义而言，金属材料的电化学腐蚀是指金属与导电介质之间的电化学相互作用所造成的破坏，也可以认为是依赖于腐蚀电池的阴极和阳极反应的腐蚀过程。在日常生活中，金属材料的电化学腐蚀随处可见，如潮湿大气中露天放置的桥梁钢架和金属设备的腐蚀，海水中船体、码头和海上石油平台的腐蚀等。
1.2.2电解的作用
电解是指在外加DC电源的作用下，电流通过电解质溶液在电解槽的阳极和阴极引起化学变化，从而将电能转化为储存在电解产物中的化学能的过程。电解过程中，电解液中的阴离子和阳离子分别向电解槽的阳极和阴极移动，即阳极和阴极，电极上获得和失去的电子发生氧化还原反应[4]。
电解侵蚀基于电化学溶解。腐蚀后的样品作为阳极，不锈钢作为阴极，电解液装在容器中。通电时，由于各相与晶粒间的析出电位不一致，在弱电流作用下，各相的腐蚀程度不同，从而表现出各相的微观结构。
1.3原始腐蚀方法的金相检验
GB/T26956—2011《金属材料焊缝宏观和微观检验用腐蚀剂》中规定的腐蚀剂可以使普通不锈钢形成清晰的显微组织，但对双相不锈钢、超级双相不锈钢、镍基合金等耐腐蚀性强的材料的腐蚀效果往往达不到要求[5]。
双相不锈钢有四种常见的腐蚀方法。
5g氯化铁、50 mL盐酸和100 mL水，在室温或加热下使用。这种方法时间长，用盐酸加热会产生有毒物质，对人体危害很大。对盐酸的购买、运输、储存和处理都有很高的要求。
热浸蚀法:将10~15g铁氰化钾、10~30g氢氧化钠和100mL水混合作为浸蚀剂，将浸蚀剂煮沸浸蚀样品5~10 min。这种方法操作复杂，容易过腐蚀，腐蚀得到的微结构效果不好。
中国专利cn107976459a公开了一种双相不锈钢的金相腐蚀方法:用10%~20%的高氯酸酒精溶液电解抛光20~30s，电压10~ 20V，电流1 ~ 2A；中国专利cn103924246a公开了一种双相不锈钢的金相浸蚀方法:浸蚀剂含有0.065-0.125 g/ml的盐酸和0.017-0.029 g/ml的偏亚硫酸氢钾，在保温条件下浸蚀10-20分钟。以上两种方法操作复杂，使用的高氯酸和偏亚硫酸氢钾危险性高。尤其是高氯酸，具有很强的氧化性和腐蚀性，与有机物、还原剂、易燃物接触或混合有燃烧爆炸的危险。
中国专利cn103123318a公开了一种双相不锈钢金相浸蚀液，该浸蚀液使用盐酸、苦味酸和无水乙醇的体积比为5∶1∶100的溶液进行浸蚀；公开了一种双相不锈钢的金相浸蚀方法Cn106248460a。样品用质量分数为0.05% ~ 0.3%，pH不大于2的氯化铁和盐酸水溶液浸蚀，然后在450~ 550℃加热冷却。以上两种方法得到的两相显微组织差别不大，腐蚀相为黑色，与不锈钢中的碳化物无法区分。苦味酸有强烈的苦味。高温、暴露于明火、振动、撞击等。会使其爆炸，并可引起慢性中毒，危害人体健康。另外，以上两种方法也容易产生过度侵蚀。
新型电解腐蚀方法的验证试验
2.1测试材料和设备
试验中使用的主要设备有电解腐蚀装置、整流器、扫描电子显微镜和光学显微镜。主要试验材料为草酸、碳酸氢钠和浓硝酸。
2.2测试过程
待腐蚀样品用120~2000目砂纸逐级打磨后，用3.5μm和1μm金刚石研磨膏打磨[6]。
取适量草酸，加少量去离子水溶解，取适量碳酸氢钠，慢慢加入溶液中，搅拌。待溶液中的气泡平息后，加热至微沸，搅拌。待溶液均匀后，用移液管缓慢加入少量浓硝酸，使去离子水的体积达到500mL。最后加入少量甘油，静置1小时。只需少量硝酸和甘油，草酸和碳酸氢钠的质量比为1∶1左右。
将配制好的蚀刻液放入自制的电解蚀刻装置中，蚀刻面朝向被蚀刻的金属板，调节电压至5V，对样品进行电解。5s后，取出样品，用棉花轻轻擦拭，用去离子水冲洗干净。
2.3测试结果
清洁腐蚀产物后，用酒精喷洒样品的腐蚀表面并吹干。通过光学显微镜观察到的样品的微观形态如图1所示。从图1可以看出，试样中奥氏体未被腐蚀，铁素体被腐蚀，边界处有少量碳化物；试样的显微组织清晰，两种显微组织与碳化物的区别明显。
SEM用于观察样品的腐蚀表面，其SEM形貌如图2所示。从图2可以看出，试样中奥氏体和铁素体的凹凸纹明显，可以明显感受到立体效果。
3结论
草酸、碳酸氢钠、甘油是安全无毒的化学品，容易买到；虽然硝酸是一种强酸，但与盐酸和硫酸相比，硝酸的使用减少了实验室在控制化学品方面的硬件投入和日常管理投入。
电解试验在室温下进行，无需加热，全程无酸雾和有毒刺激性化学物质，对人体危害较小。
配制溶液使用的化学品浓度低，测试中的电流和电压低，提高了测试的安全性。电腐蚀时间短，腐蚀液可重复使用，提高了工作效率。
对于除2205钢以外的其他双相不锈钢，通过适当延长或减少电解腐蚀时间，可以获得清晰的显微组织。
参考资料:
[1]王建。2205双相不锈钢的点蚀和再钝化行为[D].大连理工大学，2015。
[2]王雅倩。2205双相不锈钢在地下环境中的耐蚀性研究[D].Xi安:Xi安尤氏大学，2018。
[3]中国机械工程学会理化检验分会机械行业理化检验人员技术培训与资格认定委员会。金属材料的金相检验[M]。北京:科学普及出版社，2015。
[4]塔尔博特·DEJ，塔尔博特·j .腐蚀科学与技术[M].博卡顿:中央统计局，2007年。
张，戴，，等.电解腐蚀技术在耐蚀合金焊接接头金相试样制备中的应用[J].焊管，2019，42 :41-45。
[6]刘钊，梁宁。2205双相不锈钢的组织与性能研究[J].钟毅科技，2021:47-52。
材料与测试网>期刊论文>理化检验-物理卷>第58卷>第5期>
