不銹鋼的極化曲線,見圖1-5。圖1-5描述了不銹鋼以及有活化、鈍化轉變的合金電極動力學過程,并按電位分為活化區(qū)(A)、鈍化區(qū)(P)和過鈍化區(qū)(T)。應用陽極極化曲線((E陽))及相關的陰極極化曲線(圖1-5中的①、②、③、④)可以求得腐蝕電位和腐蝕電流密度(圖1-5中的陽極極化曲線和陰極極化曲線的交點A、B、C、D、E、F)。
金屬或合金在不同條件下,其電化學腐蝕有四種狀態(tài):一是活化狀態(tài),腐蝕電流強度較大,因而腐蝕速度較快;二是相對穩(wěn)定狀態(tài),即金屬處于可以鈍化也可以活化狀態(tài);三是鈍化穩(wěn)定狀態(tài),金屬只處于鈍化狀態(tài),而且是穩(wěn)定的,能夠自動鈍化,只有很小的腐蝕電流,腐蝕速度很小;四是過鈍化狀態(tài),當金屬處于過鈍化狀態(tài)時有較高的腐蝕電流,不銹鋼也是如此。
為了提高不銹鋼的耐腐蝕性能,一般希望:不銹鋼易處于鈍化狀態(tài),也就是可以自動鈍化;不銹鋼鈍化后腐蝕電流密度要很低;不銹鋼鈍化狀態(tài)的(腐蝕)電位范圍要寬。
上述三點分別指出了不銹鋼獲得鈍化的必要條件、鈍化狀態(tài)的腐蝕速度和鈍化狀態(tài)的相對穩(wěn)定性。
不銹鋼只有處在鈍化狀態(tài)方能耐腐蝕,這時鈍化狀態(tài)腐蝕電流最小,腐蝕速度最慢,其他三種狀態(tài)下不銹鋼都是不耐腐蝕的。由此可見,不銹鋼的“不銹”是相對的,只是在鈍化狀態(tài)下,腐蝕速度比較慢。
保持不銹鋼耐腐蝕性的重要物質是鈍化薄膜。不銹鋼的表面本來就會形成這種毫微級的鈍化薄膜?,F(xiàn)已明確,這種毫微級的鈍化薄膜是以在鉻的氧化物(Cr2O3)和氫氧根離子(OH-)結合后,進而加入水(H2O)的水合氫氧化鉻化合物為主體的物質。
在中性的水溶液或硝酸中,不銹鋼的鈍化薄膜非常穩(wěn)定。即使是由于劃傷或破損等原因,使一部分薄膜被破壞了,它還具有立即再生和恢復的功能。前面談到的環(huán)境氧化作用是指從金屬原子中釋放電子的反應,如果人為地借助于外部電源,將“試驗金屬”置于“試驗溶液”中作為電解陽極并通電流,此時就能求出電位(氧化力)與電流(腐蝕速度)的相關曲線和環(huán)境的氧化力強度。這個曲線稱為陽極分極曲線,如圖1-5所示。
由圖1-5可以看出,隨著電位的升高,先是陽極氧化反應(溶解反應)呈增強趨勢;接下來是“活化狀態(tài)”電位區(qū)的電流增加;然后是不依賴于電位增加顯示小電流的“鈍化狀態(tài)”電位區(qū);最后再次出現(xiàn)隨著電位的增加的“過鈍化狀態(tài)”電位區(qū)。這里的腐蝕電位Ecorr是成為陽極電流和陰極電流相等條件的電位。
增加鋼的鉻含量,則陽極分極曲線的變化如圖1-6所示。因鉻的含量增加,最大陽極溶解電流及靜態(tài)區(qū)的陽極電流趨向于減少。不銹鋼的鉻(Cr)含量在12%以上時,不銹鋼易于從活性狀態(tài)向鈍化狀態(tài)轉移而呈現(xiàn)穩(wěn)定的鈍化狀態(tài)。