电化学法在晶间腐蚀测试中的具体应用步骤

电化学法在晶间腐蚀测试中通过测量材料在特定电位下的电流响应，定量评估晶界贫铬区或敏化区域的腐蚀敏感性，具有快速、定量和高灵敏度的优势。以下是具体应用步骤及技术细节：

一、测试前准备

1. 试样制备

• 不锈钢：650℃保温1小时（模拟焊接热影响区）。

• 铝合金：120℃时效24小时（促进β相析出）。

• 机械抛光至Ra≤0.05μm（避免划痕干扰）。

• 脱脂（丙酮超声清洗5分钟）→去离子水冲洗→干燥（氮气吹扫）。

• 材料选择：奥氏体不锈钢（如304、316L）、双相钢（2205）或铝合金（5xxx系）。

• 尺寸要求：通常为10×10×3mm，工作电极表面积固定（如1cm²），非测试面用环氧树脂密封。

• 表面处理：

• 敏化处理（可选）：

2. 电解池配置

• 不锈钢：0.5M H₂SO₄ + 0.01M KSCN（加速晶界活化）。

• 铝合金：3.5% NaCl + 0.1M H₂O₂（模拟海洋环境）。

• 工作电极（WE）：待测试样。

• 参比电极（RE）：饱和甘汞电极（SCE）或Ag/AgCl（电位稳定，误差±2mV）。

• 辅助电极（CE）：铂片或石墨棒（表面积＞5倍工作电极）。

• 三电极系统：

• 电解液：

二、测试流程（以EPR法为例）

1. 开路电位（OCP）稳定

• 浸泡试样至OCP波动＜1mV/min（通常需30分钟），确保表面状态稳定。

2. 动电位扫描

• 扫描参数（以Gamry电化学工作站为例）：

  步骤	电位范围（vs. SCE）	扫描速率	目的
  阴极极化	OCP→-0.5V	1mV/s	去除表面氧化膜
  阳极极化	-0.5V→+0.3V	1mV/s	形成钝化膜
  反向扫描	+0.3V→-0.5V	0.5mV/s	检测再活化电流（关键步骤）

3. 数据采集与分析

• R%＜1%：未敏化（合格）。

• R% 1%~5%：轻度敏化（需工艺优化）。

• R%＞5%：严重敏化（不合格）。

• ${�}_{�}$：反向扫描积分电荷量（晶界腐蚀活性）。

• ${�}_{�}$：正向扫描积分电荷量（总活化电荷）。

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

• 判定标准：

三、关键标准与参数优化

1. 国际标准参考

• ASTM G108：镍基合金EPR测试标准，可扩展至不锈钢。

• ISO 12732：不锈钢双环EPR法（DL-EPR），扫描速率0.5mV/s。

2. 参数优化建议

• 扫描速率：速率过快（＞2mV/s）会掩盖晶界反应，过慢（＜0.1mV/s）导致过度腐蚀。

• 电解液温度：30±1℃（温度升高1℃，R%可能增加10%~20%）。

• 表面处理：电解抛光（优于机械抛光）可减少假阳性信号。

四、注意事项与常见问题

1. 干扰因素控制

• 溶液除氧：通氮气30分钟（避免氧还原反应干扰）。

• 屏蔽电磁干扰：法拉第笼或接地处理。

2. 结果验证

• 金相对照：EPR测试后切取试样，验证晶界腐蚀深度（如304不锈钢敏化后晶界腐蚀深度＞20μm）。

• 重复性：至少3次平行试验，相对标准偏差（RSD）＜10%。

3. 设备维护

• 参比电极定期校准（KCl溶液饱和状态检查）。

• 铂电极使用前在0.5M H₂SO₄中活化（10次循环扫描）。

五、应用案例

• 核电管道焊接区检测： 某核电站对316L不锈钢焊缝进行DL-EPR测试，发现热影响区R%达8%，金相确认晶界Cr₂₃C₆析出，通过固溶处理（1050℃水淬）将R%降至0.5%。

• 汽车铝合金部件： 采用EPR法评估5052铝合金晶间腐蚀敏感性，优化退火工艺（350℃/2h）后，R%从12%降至2%。

通过电化学法可高效量化材料的晶间腐蚀倾向，结合微观分析（如TEM观察贫铬区）能精准指导材料设计和工艺改进。测试时需严格遵循标准参数，并辅以传统化学法或金相法验证。