磷酸钠浓度对40Cr钢耐蚀性能的影响

图1 40Cr钢在不同浓度Na₃PO₄溶液中的动电位极化曲线

Fig.1 Polarization curves of 40Cr steel in Na₃PO₄ solution with different concentrations

此外，Na₃PO₄浓度对40Cr钢的阳极极化行为影响显著。在较低浓度(1 × 10^-4及5 × 10^-4 mol/L)下，阳极极化曲线未出现明显钝化区，且宏观试样表面可见腐蚀锈迹。当浓度达到1 × 10^-3 mol/L时，40Cr钢的阳极极化曲线则出现明显的钝化区，宏观试样表面无任何腐蚀迹象，表明此时金属阳极反应过程受到抑制，表面膜的形成速率与溶解达到动态平衡。由此可见，较高浓度的Na₃PO₄能有效促进40Cr钢的阳极钝化，显著降低其电化学活性。

腐蚀电位(E_corr)与腐蚀电流密度(I_corr)是评估40Cr钢耐蚀性能的两个关键电化学参数。基于图1动电位极化曲线拟合得到的E_corr与I_corr数据列于表1。由表1可知，随着Na₃PO₄浓度的升高，40Cr钢的E_corr发生正移，I_corr降低；同时，阳极极化曲线分支也呈现向正电位方向偏移的趋势。上述结果表明，提高Na₃PO₄浓度可显著增强40Cr钢的耐蚀性，其电化学拟合结果与腐蚀速率的变化趋势相一致。

表1 40Cr钢在不同浓度Na₃PO₄溶液中的E_corr与I_corr

Table 1 E_corr and I_corr of 40Cr steel in Na₃PO₄ solution with different concentrations

C / mol·L^-1	E_corr / V	I_corr / A·cm^-2
1 × 10^-4	-0.617	6.690 × 10^-6
5 × 10^-4	-0.603	6.528 × 10^-6
1 × 10^-3	-0.456	6.500 × 10^-6
5 × 10^-3	-0.424	5.430 × 10^-6
1 × 10^-2	-0.421	5.197 × 10^-6

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2.1.2 EIS

图2a为40Cr钢在不同浓度Na₃PO₄溶液中的Nyquist图。当Na₃PO₄溶液浓度较低时，其阻抗谱在高频和中频区呈现两个明显的容抗弧，这一现象主要源于溶液阻抗的影响。容抗弧的半径与腐蚀阻力呈正相关，随着Na₃PO₄浓度从1 × 10^-4 mol/L逐渐增至1 × 10^-2 mol/L，容抗弧半径显著增大，表明电荷转移电阻增大，材料的耐腐蚀性增强。相应的Bode图如图2b所示，其相位角曲线在中低频区出现一个明显峰值。该峰出现于此区域的原因是：对于阻抗相对较小的碳钢体系，溶液阻抗的影响不可忽略，导致反映电荷转移过程的特征直到中低频区时才得以充分显现^[13]。同时，从图2b中可看出，相位角随着Na₃PO₄浓度升高而依次增大，这可能归因于40Cr钢表面保护膜的形成降低了弥散效应^[14]，进一步表明高浓度Na₃PO₄对表面腐蚀具有有效抑制作用。

图2

图2 40Cr钢在不同浓度Na₃PO₄下的EIS谱

Fig.2 Nyquist (a) and Bode (b) plots of 40Cr steel in Na₃PO₄ solution with different concentrations

基于Nyquist和Bode图分析结果，采用图3所示等效电路图进行拟合^[12]。其中，R_s为溶液电阻，Q为常相位角原件(CPE)，R_f为腐蚀产物膜层电阻，R_ct对应的是电荷传递电阻，金属表面总电阻R为R_f和R_ct之和。根据图2阻抗谱拟合得到的等效电路元件参数列于表2。结果表明，R_s随Na₃PO₄浓度增加而降低，反映出溶液离子传输速率下降，缓蚀性能提高。更为重要的是，表征腐蚀产物膜层电阻的R_f与表征电荷转移过程的R_ct同步增长，相应的总电阻R也随浓度升高而逐渐增大。该结果证实了工作电极表面生成了更为稳定的保护膜，缓蚀效率提高，与动电位极化曲线的变化规律相符。

图3

图3 40Cr钢在不同浓度Na₃PO₄下EIS的拟合等效电路图

Fig.3 Equivalent circuit diagrams for EIS of 40Cr steel in Na₃PO₄ solution at different concentrations: (a) 1 × 10^-4 mol/L, 5 × 10^-4 mol/L, 1 × 10^-3 mol/L; (b) 5 × 10^-3 mol/L, 1 × 10^-2 mol/L

表2 40Cr钢在不同浓度Na₃PO₄下EIS的拟合结果

Table 2 Fitting results of EIS data of 40Cr steel in Na₃PO₄ solution at different concentrations

C / mol·L^-1	R_s / Ω·cm²	Fitting error / %	R_f / Ω·cm²	Fitting error / %	R_ct / Ω·cm²	Fitting error / %	R / Ω·cm²
1 × 10^-4	1585	0.457	568	8.742	2717	1.803	3285
5 × 10^-4	1194	0.609	2174	6.920	3582	1.662	5756
1 × 10^-3	722	0.618	2.931 × 10⁴	2.255	3.010 × 10⁴	4.040	5.941 × 10⁴
5 × 10^-3	278	0.831	-	-	8.341 × 10⁴	2.036	8.341 × 10⁴
1 × 10^-2	105	0.688	-	-	1.032 × 10⁵	2.409	1.032 × 10⁵

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2.2 不同浸泡时间的影响

为进一步探究浸泡时间对40Cr钢在Na₃PO₄溶液中腐蚀行为的影响，在1 × 10^-4、1 × 10^-3和1 × 10^-2 mol/L浓度下，对不同浸泡时间后的试样进行了动电位极化曲线与电化学阻抗谱测试，结果如图4和5所示。

图4

图4 40Cr钢在不同浓度Na₃PO₄中浸泡72 h内的动电位极化曲线

Fig.4 Polarization curves of 40Cr steel after immersion for different time in 1 × 10^-4 mol/L (a), 1 × 10^-3 mol/L (b), and 1 × 10^-2 mol/L (c) Na₃PO₄ solutions

图5

图5 40Cr钢在不同浓度Na₃PO₄中随时间浸泡的电化学阻抗谱

Fig.5 Nyquist (a, c, e) and Bode (b, d, f) plots of 40Cr steel after immersion for different times in 1 ×10^-4 mol/L (a, b), 1 × 10^-3 mol/L (c, d), and 1 × 10^-2 mol/L (e, f) Na₃PO₄ solutions

2.2.1 动电位极化测试

图4a为40Cr钢在1 ×10^-4 mol/L的Na₃PO₄溶液中不同浸泡时间下的动电位极化曲线。所有曲线均呈现典型的活化特征，未出现明显钝化区。随着浸泡时间延长，腐蚀电位持续负移，同时阳极极化曲线显著向负电位方向偏移。表3的拟合结果进一步证实，40Cr钢的E_corr随浸泡时间持续降低，而I_corr则持续增大。以上结果表明，在此浓度条件下，40Cr钢的阳极溶解过程随浸泡时间延长而不断加剧，导致腐蚀速率持续升高，基体始终处于腐蚀加剧状态。

表3 40Cr钢在不同浓度Na₃PO₄中浸泡72 h内的E_corr与I_corr

Table 3 E_corr and I_corr of 40Cr steel after immersion for different time in Na₃PO₄ solutions

Time / h	1 × 10^-4 mol·L^-1		1 × 10^-3 mol·L^-1		1 × 10^-2 mol·L^-1
	E_corr / V	I_corr / µA·cm^-2	E_corr / V	I_corr / µA·cm^-2	E_corr / V	I_corr / µA·cm^-2
2	-0.720	7.533	-0.605	6.628	-0.419	5.064
4	-0.743	8.394	-0.651	6.935	-0.418	4.605
6	-0.755	9.288	-0.653	7.412	-0.412	4.445
8	-0.763	10.150	-0.658	7.943	-0.409	4.444
16	-0.759	12.140	-0.703	10.490	-0.407	4.421
32	-0.765	16.150	-0.702	11.920	-0.405	4.300
48	-0.778	18.750	-0.731	13.870	-0.396	3.984
72	-0.791	26.510	-0.754	20.130	-0.392	3.687

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图4b为40Cr钢在1 × 10^-3 mol/L的Na₃PO₄溶液中不同浸泡时间下的动电位极化曲线。同样地，所有阳极极化曲线未出现明显钝化区，且随着浸泡时间增加，阳极极化曲线也向负电位方向偏移。此外，观察试样表面可见其处于腐蚀状态，浸泡2 h后即可见明显锈迹。表3数据显示，随浸泡时间延长，40Cr钢的E_corr持续下降，I_corr呈现上升趋势。说明在该浓度溶液下，40Cr钢的腐蚀速率随浸泡时间延长而持续增加。

图4c为40Cr钢在1 × 10^-2 mol/L的Na₃PO₄溶液中不同浸泡时间下的动电位极化曲线。与低浓度条件不同，试样在整个浸泡期间均表现出稳定的钝化行为，浸泡72 h后表面仍未观察到明显锈迹。表3拟合结果显示，随浸泡时间的延长，E_corr呈上升趋势，而I_corr则持续下降。该变化规律表明，试样表面形成了一层稳定且具有保护作用的盐膜，有效抑制了基体的腐蚀进程。

2.2.2 EIS

图5为40Cr钢在不同浓度的Na₃PO₄溶液中浸泡不同时间段后的EIS曲线结果(Nyquist和Bode图)。Bode图显示，在不同浸泡时间下，中低频区域均出现相位角峰值特征。

如图5a和b所示，在较低浓度1 × 10^-4 mol/L的Na₃PO₄溶液中，随着浸泡时间延长至8 h，Nyquist图中的容抗弧半径显著增大，表明电极界面电阻增大，40Cr钢表面保护性腐蚀产物膜持续形成并增强。然而，当浸泡时间超过8 h后，容抗弧半径则明显减小。说明在该浓度下，40Cr钢的耐蚀性随浸泡时间呈先增强后减弱的趋势。

图5c和d结果表明，在1 × 10^-3 mol/L的Na₃PO₄溶液中，其阻抗行为变化趋势与较低浓度1 × 10^-4 mol/L溶液相似。浸泡时间至16 h时，容抗弧半径显著增大，同样表明表面保护膜的形成及其保护性增强。但超过16 h后，容抗弧半径亦发生显著降低。因此，该浓度下材料的耐蚀性同样呈现先增强后减弱的变化规律。

相比之下，如图5e和f所示，在较高浓度1 × 10^-2 mol/L的Na₃PO₄溶液中，随着浸泡时间延长，容抗弧半径持续增大。对应的工作电极表面总电阻R呈现单调上升趋势，且工作电极表面未观察到任何腐蚀现象。表明在该较高浓度下，40Cr钢表面可能形成了一层致密的盐膜，有效阻隔了腐蚀介质向基体的渗透，从而为基体提供了持续且良好的保护作用。

2.2.3 腐蚀形貌与物相/成分分析

图6~9为40Cr钢在不同浓度的Na₃PO₄溶液中浸泡72 h后的SEM形貌及其表面膜的EDS分析结果。

图6

图6 40Cr钢在1 × 10^-4 mol/L Na₃PO₄溶液中浸泡72 h后的表面SEM形貌和EDS谱

Fig.6 Surface SEM images (a-d) and EDS spectrum (e) of 40Cr steel after 72 h immersion in 1 × 10^-4 mol/L Na₃PO₄ solution

图7

图7 40Cr钢在1 × 10^-3 mol/L Na₃PO₄溶液中浸泡72 h后的表面SEM形貌和EDS谱

Fig.7 Surface SEM images (a-d) and EDS spectrum (e) of 40Cr steel after 72 h immersion in 1 × 10^-3 mol/L Na₃PO₄ solution

图8

图8 40Cr钢在1 × 10^-2 mol/L Na₃PO₄溶液中浸泡72 h后的表面SEM形貌和EDS谱

Fig.8 Surface SEM image (a-d) and EDS spectrum (e) of 40Cr steel after 72 h immersion in 1 × 10^-2 mol/L Na₃PO₄ solution

图9

图9 40Cr钢在不同浓度Na₃PO₄溶液中浸泡72 h后腐蚀产物XRD谱

Fig.9 XRD patterns of corrosion products of 40Cr steel after 72 h immersion in Na₃PO₄ solutions with different concentrations

图6a~d为40Cr钢在1 × 10^-4 mol/L Na₃PO₄溶液中浸泡72 h后的表面腐蚀形貌SEM图像。由图6a和b可知，试样表面存在大量的疏松孔洞和较深裂纹，表明在该浓度条件下所形成的腐蚀层结构较为薄弱且易受损。对局部区域进行放大倍数观察(图6c和d)，这些疏松孔洞结构主要由细小的颗粒状腐蚀产物聚集而成。值得注意的是，表面可见以颗粒状组织为核心，其上清晰覆盖着针状晶体，且产物间空隙较大。这种针状与颗粒状共存的形貌特征，与文献中^[15~17]报道的低浓度磷酸盐环境中主要腐蚀产物为γ-FeOOH和Fe₃O₄的典型结构高度吻合。

图7a~d为40Cr钢在1 × 10^-3 mol/L Na₃PO₄溶液中浸泡72 h后的表面腐蚀形貌SEM图像。由图7a和b可见，试样表面形成的腐蚀产物膜层存在明显的裂缝、沟壑及局部剥落迹象。高倍放大图像(图7c和d)进一步显示，膜层表面同样覆盖有团簇状结构。这些团簇主要由针状晶体与球状颗粒交织构成，其中针状晶体穿插于球状颗粒之间，破坏了膜层的致密性与连续性，最终形成凹凸不平、结构疏松的腐蚀产物层，其腐蚀产物形貌特征与1 × 10^-4 mol/L Na₃PO₄溶液观察到的结果相似。

对比两种不同浓度Na₃PO₄溶液中40Cr钢的腐蚀形貌可知，PO $_{4}^{3 -}$ 浓度对其表面腐蚀产物的形貌、结构及保护性能具有显著影响。在1 × 10^-4 mol/L浓度下形成的腐蚀产物层结构较为疏松多孔，而1 × 10^-3 mol/L浓度下形成的产物层结构相对致密。该形貌差异与电化学测试结果(图4和5)所反映的规律一致：即1 × 10^-4 mol/L浓度下的腐蚀速率更快。值得注意的是，在这两种浓度条件下，所形成的腐蚀产物层均未能提供有效的保护作用。其疏松多孔的结构无法有效阻隔腐蚀介质向金属基体的渗透，表明在此浓度范围内未能诱导形成具有显著保护性的表面膜。

腐蚀初期，伴随腐蚀产物的形成，基体与溶液环境发生部分隔离，导致体系整体阻抗呈现上升趋势。然而，随着腐蚀进程的发展，最初生成的腐蚀颗粒还未能充分致密化，即被新生成的腐蚀颗粒挤出，最后形成疏松多孔的腐蚀层。同时，表面腐蚀产物层存在多处微裂纹，导致其完整性受损。这些微裂纹使部分基体直接暴露在腐蚀介质中，形成小阳极区域，从而加速局部腐蚀进程。因此，在此阶段腐蚀速率加剧，体系阻抗呈现下降趋势。整体来看，由于腐蚀产物层的保护性能不足，40Cr钢的腐蚀速率最终呈现上升趋势。结合图6e和7e的EDS分析结果，腐蚀产物的主要由Fe、O元素组成，推测其腐蚀产物是Fe₃O₄和FeOOH组成的团簇状结构。

图8为40Cr钢在1 × 10^-2 mol/L Na₃PO₄溶液中浸泡72 h后的SEM图像及EDS能谱分析结果。如图8a和b所示，试样表面仍保持平整，仅覆盖一层致密盐膜及晶粒状产物，无明显腐蚀迹象。同时，浸泡过程中溶液及容器壁未见气泡产生，表明该浓度Na₃PO₄溶液对40Cr钢具有显著缓蚀效果。图8c和d为晶粒的放大图像，显示其呈薄片层状结构，由细长条状晶体平行或交叉紧密堆积而成，覆盖于基体表面。图8e中EDS分析结果表明，该产物主要由Fe、O和P元素组成。尽管由于Fe的信号较强以及P元素的实际含量较低，导致O和P元素的EDS含量测定结果相对偏低，但结合样品的SEM形貌特征以及EDS中P元素的微弱信号，仍可推测该腐蚀产物为磷酸盐类物质。此初步结论尚需通过后续进一步的表征方法进行验证。上述结果也说明，该浓度的Na₃PO₄溶液对40Cr钢具有良好的缓蚀性能。

2.2.4 XRD和XPS分析

为更准确地确定腐蚀产物的物相组成，对浸泡后浓度为1 × 10^-4 mol/L和1 × 10^-3 mol/L的两组试样进行了XRD和XPS分析，其中XRD结果如图9所示。在1 × 10^-4 mol/L浓度下，腐蚀产物主要由γ-FeOOH^[18]和Fe₃O₄组成；而在浓度较高的1 × 10^-3 mol/L的试样中，除γ-FeOOH和Fe₃O₄外，还检测到α-FeOOH的衍射峰^[19]，此结果与扫描电镜观测一致。γ-FeOOH作为腐蚀初期产物，会随腐蚀时间的延长逐渐转化成α-FeOOH和Fe₃O₄。值得注意的是，1 × 10^-3 mol/L试样中α-FeOOH和Fe₃O₄的衍射峰强度显著高于1 × 10^-4 mol/L试样，表明其含量相对更高。进一步对1 × 10^-3 mol/L浓度下的腐蚀产物进行全谱精修拟合分析，以确定各物相占比。图10结果显示，γ-FeOOH和α-FeOOH的体积分数分别为39.65%和60.35%。γ-FeOOH的含量下降，而α-FeOOH的含量上升，表明随浓度提高，锈层中γ-FeOOH向α-FeOOH的转化过程加速，锈层趋于稳定。结构致密的α-FeOOH和Fe₃O₄结构可有效延缓腐蚀进程，提高锈层的保护性，与该条件下试样腐蚀速率降低的结果相符^[20,21]。

图10

图10 1 × 10^-3 mol/L Na₃PO₄浓度下腐蚀产物的XRD全谱拟合分析结果

Fig.10 XRD full spectrum fitting analysis results of corrosion products in 1 × 10^-3 mol/L Na₃PO₄ concentration

图11为40Cr钢在不同浓度Na₃PO₄溶液中浸泡72 h后腐蚀产物XPS分峰拟合结果。通过对Fe 2p_3/2、O 1s、P 2p谱峰进行分峰处理，有如下特征：在1 × 10^-4 mol/L Na₃PO₄溶液中，O 1s光谱可解析出3个明显的特征峰，分别对应于O^2- (529.77 eV)、OH^-(-530.99 eV)、H₂O (532.26 eV)；Fe 2p_3/2光谱可分解为3个结合能峰，分别位于712.35、710.53和709.33 eV，表明腐蚀产物主要为FeOOH、Fe₂O₃和Fe₃O₄组成的混合铁氧化物。在1 × 10^-3 mol/L Na₃PO₄溶液中，O 1s光谱同样显示3个结合能峰，分别为O^2- (529.78 eV)、OH^- (-531.05 eV)、H₂O (532.34 eV)；Fe 2p_3/2光谱也可分解为3个峰，分别为712.27、710.58和709.43 eV，其腐蚀产物类型与1 × 10^-4 mol/L条件下一致，仍为FeOOH、Fe₂O₃和Fe₃O₄的混合Fe氧化物。

图11

图11 40Cr钢在不同浓度Na₃PO₄溶液中浸泡72 h后腐蚀产物XPS图谱

Fig.11 XPS patterns of corrosion products of 40Cr steel after 72 h immersion in Na₃PO₄ solutions with different concentrations: (a, b) 1 × 10^-4 mol/L, (c, d) 1 × 10^-3 mol/L, (e-g) 1 × 10^-2 mol/L

而在1 × 10^-2 mol/L Na₃PO₄溶液中，O 1s光谱的特征发生明显变化，可拟合出O^2- (529.94 eV)、OH^-(-531.7 eV)、PO $_{4}^{3 -}$ (533.34 eV) 3个峰，P 2p图谱可拟合为两个特征峰，分别位于134.15 eV (归属于PO $_{4}^{3 -}$ )和135.75 eV (通常与纯Na₃PO₄相关)；Fe 2p_3/2可拟合出3个结合能峰，分别对应FePO₄ (712.89 eV)，Fe₂O₃(710.52 eV)和单质Fe (706.87 eV)^[22~24]。以上结果证实，在该浓度下试样表面生成了保护性的盐膜FePO₄以及Fe₂O₃，而单质Fe的出现可能是由于膜层较薄、基底暴露所致。

2.3 分析与讨论

图12为40Cr钢在不同浓度的Na₃PO₄溶液中的腐蚀行为示意图。其电化学过程涉及以下主要反应：

图12

图12 40Cr钢在不同浓度Na₃PO₄溶液中的腐蚀示意图

Fig.12 Schematic diagrams of corrosion of 40Cr steel in Na₃PO₄ solution with different concentrations: (a) 1 × 10^-4 mol/L and 1 × 10^-3 mol/L, (b) 1 × 10^-2 mol/L

其中阳极反应：

F e \to F e^{2 +} + 2 e^{-}

(1)

阴极反应：

O_{2} + 2 H_{2} O + 4 e^{-} \to 4 O H^{-}

(2)

后续溶液中的OH^-与阳极反应生成的Fe²⁺结合形成Fe(OH)₂

F e^{2 +} + 2 O H^{-} \to F e {(O H)}_{2}

(3)

Fe(OH)₂继续被溶解氧氧化，生成红褐色的Fe(OH)₃

4 F e {(O H)}_{2} + O_{2} + 2 H_{2} O \to 4 F e {(O H)}_{3}

(4)

Fe(OH)₃不稳定，会脱水转变为FeO(OH)，并可能进一步转变为黑色的Fe₃O₄

F e {(O H)}_{3} \to F e O (O H) + H_{2} O

(5)

8 F e O (O H) + F e^{2 +} + 2 e^{-} \to 3 F e_{3} O_{4} + 4 H_{2} O

(6)

部分FeO(OH)和Fe³⁺会与PO $_{4}^{3 -}$ 结合形成FePO₄

F e O (O H) + P O_{4}^{3 -} + H_{2} O \to F e P O_{4} + 3 O H^{-}

(7)

F e^{3 +} + P O_{4}^{3 -} \to F e P O_{4}

(8)

PO $_{4}^{3 -}$ 的缓蚀作用可归因于它们在电极表面的吸附特性。缓蚀机理研究表明，PO $_{4}^{3 -}$ 能与阳极溶解的Fe²⁺反应生成 $F e P O_{4}$ 。磷酸盐倾向于在铁表面快速聚集(通常在1 d内)，形成非晶态的Fe-PO₄结构。该结构初期以胶体形式附着于基体表面，但稳定性较差，反而可能促进铁离子释放^[9]。然而，随着腐蚀的持续进行(铁离子不断溶出)，磷酸盐逐渐形成稳定的磷铁矿。这一均匀覆盖基体表面的稳定磷铁矿层有效抑制了内部Fe²⁺的进一步溶出^[25,26]。因此， $F e P O_{4}$ 的沉积最终有利于电极表面形成保护性钝化膜^[27,28]。在此过程中，PO $_{4}^{3 -}$ 融入钝化膜，从而延缓了腐蚀过程的破坏作用^[8]。

在低浓度1 × 10^-4和1 × 10^-3 mol/L Na₃PO₄溶液中，PO $_{4}^{3 -}$ 与OH^-之前存在竞争吸附，优先在基体表面形成盐膜，阻止腐蚀进一步进行^[29]。由于磷酸盐浓度较低，难以在40Cr钢表面形成足量且覆盖完整的磷铁矿保护层，导致缓蚀效果不佳。在此条件下，Fe²⁺会持续溶出，进而加剧腐蚀进程。而在1 × 10^-2 mol/L Na₃PO₄溶液中，40Cr钢表面形成了致密的保护性盐膜，有效阻挡腐蚀性介质与40Cr钢基体的直接接触，从而显著抑制了腐蚀。研究结果表明，较高浓度下的腐蚀产物主要是Fe₂O₃和FePO₄的混合物组成^[30]。PO $_{4}^{3 -}$ 的缓蚀作用主要归因于高浓度条件下形成的致密盐膜，其物理阻挡作用降低了基体/溶液界面的持续反应活性，使40Cr钢基体得以维持在钝化状态^[31~33]。

3 结论

(1) Na₃PO₄浓度对40Cr钢的腐蚀行为具有显著影响，随Na₃PO₄浓度的升高，40Cr钢的腐蚀速率显著降低。当浓度达到或超过临界值(≥ 1 × 10^-2 mol/L)时，钢表面形成致密的保护性盐膜，使钢进入稳定钝化状态，腐蚀被有效抑制。

(2) 在亚临界浓度(1 × 10^-4和1 × 10^-3 mol/L)下，随浸泡时间延长，40Cr钢的腐蚀速率呈现持续上升的趋势，表明其表面未形成有效的保护层。腐蚀形貌呈现疏松多孔特征，且在较低浓度(1 × 10^-4 mol/L)下更为显著。相反，在临界浓度(1 × 10^-2 mol/L)下，40Cr钢表面保持完好，未观察到明显腐蚀迹象，证实其表面生成一层致密保护盐膜，能有效阻隔腐蚀介质与基体的接触。

(3) 在亚临界浓度(1 × 10^-4和1 × 10^-3 mol/L)下，40Cr钢的腐蚀机理相同。在浓度为1 × 10^-4 mol/L下，主要生成非保护性的腐蚀产物Fe₃O₄和γ-FeOOH。而在1 × 10^-3 mol/L浓度下，除了上述产物外，还出现了α-FeOOH的衍射峰，其与γ-FeOOH的体积分数分别约为60.35%和39.65%。其中，结构较为致密的α-FeOOH与Fe₃O₄共同作用，能够延缓腐蚀的进一步扩展，提高锈层的防护性能。而在临界浓度(1 × 10^-2 mol/L)下，试样表面形成了由FePO₄和Fe₂O₃的致密保护盐膜，该膜显著阻碍了外部腐蚀离子向基体的扩散，是40Cr钢具备优异防腐性能的根本原因。

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研究了40Cr钢在不同温度和应力水平下的蠕变行为，并根据实验数据绘制得到蠕变曲线.在实验条件下，40Cr钢的蠕变曲线呈现出较长的稳态阶段和较短的减速阶段与加速阶段.并且其蠕变的稳态速率可以用NortonPower规律来描述，蠕变数据符合MonkmanGrant关系的一般形式.同时，基于实验数据，建立了40Cr钢高温蠕变的非线性本构方程，并通过最小二乘法确定本构方程中的参数.将该本构方程计算得到的结果与实验数据进行了比较，发现用该本构方程可以较好地描述40Cr钢的蠕变行为.

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DOI [本文引用: 2]

在模拟真实管网水力条件下,从腐蚀速率、铁释放速率、腐蚀产物形貌及成分等方面研究了低浓度磷酸盐对碳钢腐蚀的影响。研究发现,磷酸盐为0.8mg/L时达到极值,腐蚀抑制效果最好,碳钢的腐蚀速率可降低15.66%。磷酸盐可抑制γ-FeOOH的形成,同时形成磷铁矿,使腐蚀产物更加致密,从而抑制腐蚀。磷酸盐对铁释放存在初期加速作用,可能是磷酸盐促进铁元素向稳定铁氧化物转变,使腐蚀提前达到稳定状态的重要原因,最终抑制腐蚀。

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安徽省内电网设备常用Q235和40Cr钢大气腐蚀特性及其规律

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DOI

针对在安徽省内代表性变电站站点自然环境下曝露1和3 a后的Q235、40Cr钢试样，开展腐蚀产物、腐蚀层形貌的研究，探讨其大气腐蚀机理。采用失重法获取Q235和40Cr钢试样的腐蚀速率，结合安徽省各相关地市的主要环境因素数据，再采用灰色关联分析方法，研究主要环境因素对1和3 a期Q235、40Cr钢试样大气腐蚀的影响规律。结果表明，Q235和40Cr钢试样大气腐蚀产物为FeOOH、Fe3O4、Fe(OH)3及FeSO4；腐蚀层表面密布着棉花球状的α-FeOOH，其间分布着片状的γ-FeOOH，腐蚀层结构较致密，但发生层状开裂。安徽省内Q235和40Cr钢试样大气腐蚀等级均在C2和C3等级，两者无明显差别。影响Q235和40Cr钢试样1 a期大气腐蚀的环境因素关联度排序为：NO2>温度>SO2>相对湿度>O3；随着曝露时间延长至3 a，该关联度排序改变为：SO2、温度>NO2>相对湿度>O3。

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应力和光照共同作用下40Cr钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为研究

[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2026, 46: 233

DOI [本文引用: 1]

针对40Cr钢在塑性拉伸应力和紫外光共同作用下的腐蚀行为进行了研究。结果表明，光照加速了40Cr钢腐蚀，这主要归因于光照下合金表面形成的锈层具有较低的电荷转移电阻和更大的平带电位值，此外，紫外光照下蜂窝状内锈层的形成加速了NaCl在锈层内的聚积。塑性拉伸应力下40Cr钢表面形成的锈层更加疏松，且锈层具有更高的光电响应和更低的电荷转移电阻。这些因素导致在塑性拉伸应力和紫外光共同作用下40Cr钢的阳极溶解加速。

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磷对低碳钢耐大气腐蚀性能的影响

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通过周浸加速腐蚀实验、扫描电镜、拉曼光谱分析等方法，研究了磷含量对低碳钢耐大气腐蚀性能的影响。结果表明，磷能明显提高材料的耐大气的腐蚀性能，这种作用在腐蚀初期尤为显著。其原因是：偏聚在材料表面上的磷原子在水和氧的作用下水解，生成一种致密性较高磷酸盐，并且能均匀覆盖在基体表面的空洞和裂纹处，阻碍了水和氧的通过，使基体免遭进一步的腐蚀。并且H2PO4-能够加速锈层中Fe2+向 Fe3+的转化、使腐蚀初期反应快速进行、阻止铁锈粒子长大，使腐蚀生成物颗粒细小、结构致密。促进了致密、稳定、均匀的保护膜形成。

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