不锈钢表面致密的氧化铬薄膜提高了其均匀抗腐蚀能力。然而,不锈钢点蚀的发生却难以避免。这种腐蚀破坏形式具有极大的隐蔽性和突发性,人们对不锈钢点蚀形核机制的探索从未间断,不锈钢的点蚀一直是材料学领域中的经典问题之一。虽然业已普遍认为点蚀的发生起因于不锈钢中硫化锰夹杂的局域溶解,但是,由于缺乏微小尺度的结构及成分信息,点蚀最初的形核位置却被描述为“随机的、不可预测的”。点蚀初始位置的不明确一直制约着人们对不锈钢点蚀机理的认识及抗点蚀措施的改进。
我们研究小组利用高分辨率的透射电子显微技术研究发现:硫化锰夹杂中弥散分布着具有八面体结构的氧化物(MnCr2O4)纳米颗粒。在模拟材料使役条件下的原位环境(外)电子显微学研究表明这些纳米氧化物的存在相当于硫化锰中内在的微小的“肿瘤”。在一定的介质条件下硫化锰的局域溶解正是起始于它与该“肿瘤”的界面,并由此逐步向材料体内扩展。实验过程中还发现氧化物纳米八面体在使硫化锰局域溶解方面存在着速度上的差异。在此基础上,我们研究小组与英国贝尔法斯特女王大学的胡培君教授合作,通过理论计算认识到那些具有强的活性、易使其周围的硫化锰快速溶解的氧化物纳米八面体是以金属离子为外表面(属“恶性肿瘤”);相反,具有较低活性的纳米八面体是以氧离子为外表面(属“良性肿瘤”)。这一发现提供了不锈钢点蚀初期硫化锰溶解起始位置的直接证据,使人们对不锈钢点蚀机理的认识从先前的微米尺度上升到原子尺度,为探索提高不锈钢抗点蚀能力的新途径提供了原子尺度的结构和成分信息。
z1-1:在盐水作用下不锈钢点蚀初期硫化锰局域溶解位置的确定。通过显微结构及成分分析确定出硫化锰内含有弥散分布的具有尖晶石结构的氧化物(MnCr2O4)纳米颗粒。硫化锰的局域溶解正是起始于它与该氧化物颗粒的界面,并由此逐步向材料体内扩展。这些氧化物纳米颗粒通常具有特定的八面体外形。