市售316彈簧的耐腐蝕性及其主要成分分析研究

梁永星，龐文英，梁新慈，鄭潔儀

(中山市美捷時(shí)包裝制品有限公司，廣東 中山 528437)

奧氏體不銹鋼是指在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼，可分鉻鎳系、鉻錳系。本文選用的316彈簧屬鉻鎳系，它在多種腐蝕介質(zhì)中具有優(yōu)秀的耐腐蝕性和良好的綜合力學(xué)性、工藝性及可焊性，故在藥品、食品、化工等領(lǐng)域具有廣泛的用途[5]。但在苛刻的環(huán)境下，如升溫、增大接觸介質(zhì)的氯離子濃度或改變介質(zhì)的pH值等，316奧氏體不銹鋼均會(huì)出現(xiàn)不同程度的腐蝕，常見(jiàn)的腐蝕類(lèi)型有：晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕等[6]。

彈簧又稱(chēng)彈性合金，屬于金屬功能材料，廣泛應(yīng)用于氣霧閥、按壓泵、儀器儀表等領(lǐng)域，一般起控制零部件運(yùn)動(dòng)的作用[7]。在使用中，彈簧常會(huì)因周?chē)h(huán)境影響導(dǎo)致被腐蝕失效而引起機(jī)械故障。故研究彈簧的耐腐蝕性及其與主要化學(xué)成分的關(guān)系，一方面為彈簧使用企業(yè)控制原材料質(zhì)量起重要指導(dǎo)作用，另一方面為彈簧生產(chǎn)企業(yè)優(yōu)化自身產(chǎn)品耐腐蝕性提供一定的依據(jù)。

因本文選用的316奧氏體不銹鋼彈簧(以下簡(jiǎn)稱(chēng)316彈簧)多用于氣霧閥、按壓泵等行業(yè)，常受不同酸堿度、不同氯離子濃度溶液的浸泡，故設(shè)計(jì)的試驗(yàn)溶液是由9個(gè)不同pH值和10個(gè)不同氯化鈉濃度交叉組合而成的90種不同溶液，參考GB/T 17897-2016采用雙因素試驗(yàn)法對(duì)316彈簧進(jìn)行耐腐蝕試驗(yàn)；并參考GB/T 20125-2006采用ICP-OES法對(duì)316彈簧的主要成分進(jìn)行定量分析；探究316彈簧的耐腐蝕性與其主要成分間的關(guān)系。

1 儀器與試劑

主要儀器與儀表見(jiàn)表1，表2。

表1 主要儀器

表2 主要試劑

2 試驗(yàn)方法

2.1 儀器條件

ICP-OES 5110；輔助氬氣氣流量：1 L/min；泵速：12 rpm；功率：1.20 kW；觀(guān)察高度：8mm。元素波長(zhǎng)：Cr-267.716nm，Mo-202.032nm，Ni-231.604nm，Mn-257.610nm。

2.2 樣品前處理

表3 四款市售316彈簧信息

選用四款市售316彈簧(表3)作為試驗(yàn)樣品，試驗(yàn)前用無(wú)水乙醇將其進(jìn)行超聲清洗并常溫涼干，待用。

2.3 耐腐蝕試驗(yàn)

2.3.1 試驗(yàn)溶液配制

按表4的設(shè)置水平配制試驗(yàn)溶液，用檸檬酸、氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的pH值，用氯化鈉調(diào)節(jié)溶液的氯化鈉濃度，試驗(yàn)溶液配制用水均為去離子水。

表4 試驗(yàn)溶液設(shè)置水平

2.3.2 樣品試驗(yàn)

將2.2中經(jīng)超聲處理的樣品分別浸泡于表4的各試驗(yàn)溶液中，置于恒溫培養(yǎng)箱中(50±0.5)℃恒溫下，經(jīng)1周、1個(gè)月、3個(gè)月后分別取出，用無(wú)水乙醇進(jìn)行超聲清洗并常溫晾干后，用體視顯微鏡(觀(guān)察倍數(shù)設(shè)為100倍)觀(guān)察彈簧表面的腐蝕情況。

2.4 主要成分定量分析

2.4.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

在微課的教育過(guò)程中，教師可以將微課視頻傳輸?shù)郊抑斜O(jiān)護(hù)人的手機(jī)中，當(dāng)學(xué)生在放學(xué)回到家中后，可以讓學(xué)生的監(jiān)護(hù)人引導(dǎo)學(xué)生去觀(guān)看微課，微課對(duì)學(xué)生的吸引力相當(dāng)于一部好看的動(dòng)畫(huà)片。而學(xué)生在家中觀(guān)看微課，也是對(duì)語(yǔ)文教學(xué)課堂的一種復(fù)習(xí)。為此，教師還可以設(shè)計(jì)一些關(guān)于微課的課后作業(yè)，也就是說(shuō)在無(wú)形中督促學(xué)生去看微課視頻，因?yàn)橹挥杏^(guān)看了微課的視頻之后才能完成教師布置的課后作業(yè)，這樣微課教學(xué)就打破了傳統(tǒng)語(yǔ)文教學(xué)的地理時(shí)間限制，讓學(xué)生在學(xué)校和家中都可以接受到教師的教育，從而慢慢提高農(nóng)村語(yǔ)文教學(xué)的整體質(zhì)量。

精密量取多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，依次配制成1.0 μg/mL、5.0 μg/mL、10.0 μg/mL、20.0 μg/mL、50.0 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2.4.2 樣品處理

將2.2中經(jīng)超聲處理的樣品精密稱(chēng)定后放入裝有10mL混合酸(V硝酸∶V鹽酸=1∶1)的消解管中，置于微波消解儀上加熱至50℃，待樣品完全溶解后得的溶液經(jīng)0.22μm濾膜過(guò)濾，濾液使用2%硝酸進(jìn)行定容，作供試液，待測(cè)。同法制備空白溶液，待測(cè)。

2.4.3 定量分析

在2.1的條件下，測(cè)定空白溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液中Cr、Ni 、Mo、Mn的光強(qiáng)度，并以溶液的質(zhì)量濃度(μg/mL )為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)元素的光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)；再測(cè)定2.4.2的供試液中Cr、Ni 、Mo、Mn的光強(qiáng)度，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算樣品中Cr、Ni 、Mo、Mn的質(zhì)量濃度(μg/mL )，再經(jīng)(1)式換算成百分含量(%)。

2.4.4 結(jié)果計(jì)算

(1)

式中：c——樣品溶液的質(zhì)量濃度，μg/mL；

v——樣品溶液的定容體積，mL；

m——待測(cè)彈簧加入的質(zhì)量，μg。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 耐腐蝕試驗(yàn)

由表5可知，經(jīng)浸泡后，3號(hào)、4號(hào)彈簧出現(xiàn)腐蝕，且主要集中在pH=3、pH=4的試驗(yàn)溶液中。相同pH值時(shí)，試驗(yàn)溶液的氯化鈉濃度越大，彈簧越早出現(xiàn)腐蝕。而浸泡相同的試驗(yàn)溶液中，3號(hào)比4號(hào)彈簧出現(xiàn)腐蝕的時(shí)間略晚；相同浸泡時(shí)間時(shí)，3號(hào)比4號(hào)彈簧出現(xiàn)腐蝕的條件略為苛刻。1號(hào)、2號(hào)彈簧在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程均無(wú)出現(xiàn)腐蝕。由此確認(rèn)四款彈簧的耐腐蝕性強(qiáng)弱：4號(hào)<3號(hào)<2號(hào)≈1號(hào)。

表5 耐腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

由圖1～圖5可知，3號(hào)、4號(hào)彈簧經(jīng)浸泡后出現(xiàn)的腐蝕屬點(diǎn)腐蝕(以下簡(jiǎn)稱(chēng)點(diǎn)蝕)，點(diǎn)蝕始于彈簧表面，隨浸泡時(shí)間增長(zhǎng)向內(nèi)部發(fā)展，甚至貫穿整個(gè)彈簧截面。具有破壞高度集中、誘導(dǎo)期長(zhǎng)短不一、蝕孔隱蔽、分布不均等特點(diǎn)，被視為最具破壞性的局部腐蝕形式之一[8-9]。

3.2 主要成分定量分析

3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)方程

標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)方程見(jiàn)表6。

表6 Cr、Ni、Mo、Mn標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)方程

3.2.2 定量分析結(jié)果

定量分析結(jié)果見(jiàn)表7～11。

表7 1號(hào)彈簧的定量分析結(jié)果

表8 2號(hào)彈簧的定量分析結(jié)果

表9 3號(hào)彈簧的定量分析結(jié)果

表10 4號(hào)彈簧的定量分析結(jié)果

表11 彈簧中Cr、Ni、Mo、Mn的百分含量與標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)比結(jié)果

由表11可知，四款彈簧中Cr、Ni 、Mo、Mn的百分含量均在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。由圖6可知，四款彈簧中Mo、Mn含量基本一致，但Cr和Ni 含量相差較大,彈簧編號(hào)中Cr、Ni 、Mo、Mn的百分含量：4號(hào)<3號(hào)<2號(hào)≈1號(hào)。

4 分析討論

經(jīng)試驗(yàn)，在酸性協(xié)同一定濃度氯離子的介質(zhì)溶液中，溶液酸性越強(qiáng)、氯離子含量越高，彈簧越容易發(fā)生點(diǎn)蝕。由于氯離子在酸性條件下會(huì)加速不銹鋼鈍化膜溶解，并進(jìn)入鈍化膜的晶格中促進(jìn)腐蝕電流的流動(dòng)，隨氯離子含量增加，金屬會(huì)發(fā)生自催化效應(yīng)，從而促進(jìn)點(diǎn)蝕的發(fā)生[10]。

1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)彈簧材質(zhì)同屬316奧氏體不銹鋼，但耐腐蝕性卻不同。經(jīng)成分分析表明：彈簧中Cr、Ni含量越高，彈簧的耐腐蝕性越優(yōu)越。由于金屬材料出現(xiàn)點(diǎn)蝕的敏感性主要取決于鈍化膜的好壞，而Cr作為不銹鋼鈍化膜中的主要成分，可降低不銹鋼的鈍化電流，保持鈍化膜的穩(wěn)定性，提高鈍化膜被破壞后的修復(fù)能力，并增強(qiáng)不銹鋼的再鈍化能力，故不銹鋼的耐點(diǎn)蝕性隨Cr含量增大而增強(qiáng)。而Ni雖不直接對(duì)金屬鈍化膜產(chǎn)生有利影響，但Ni富集在金屬基體與鈍化膜的界面處，有助于Ni氮化物的形成，從而降低Cr、Fe的整體腐蝕速率，提高不銹鋼的耐腐蝕性[11]。

5 結(jié)論

316彈簧在酸性協(xié)同一定濃度氯離子的介質(zhì)中容易發(fā)生點(diǎn)蝕；提高316彈簧中Cr、Ni含量，可有效提高其耐腐蝕性；316彈簧由于成分上的差異，耐腐蝕性存在較大的差異，在選材時(shí)建議對(duì)其成分進(jìn)行定量分析。