316L不锈钢管磨损表面电化学阻抗谱分析

电化学阻抗（EIS）可以有助于研究应用载荷对316L不锈钢管耐腐蚀性的影响，以及人工海水工况下316L不锈钢管微观结构变化对电化学性能的影响。本文采用电化学阻抗方法分析不同载荷下316L不锈钢管磨损表面在人工海水工况的电化学特征。其实验过程为：首先，测试开路电位10min，待电位稳定后开始测量；施加的正电位幅值为10mV，频率测量范围为10Hz~10KHz。实验完成后用ZSimpWin分析软件对阻抗数据进行电化学等效电路拟合，分析磨损过程316L不锈钢管微观结构变化对电化学阻抗的影响。

图3-12为海水工况下316L不锈钢管磨损面的阻抗和相位角变化曲线图，从图中可以分析316L不锈钢管在不同载荷磨损后电化学（阻抗和相位角变化）性能特征。一般来说，低频率的阻抗值被用来间接评价材料的耐腐蚀性能，从图3-12可以得出，在0N，100N，300N，500N载荷下，频率0.01Hz对应的阻抗值分别为619.95k?.cm2，280.68k?.cm2，128.74k?.cm2，126.28k?.cm2，316L不锈钢管磨损表面具有更小的阻抗值；从相位角曲线可以得出，随所加载荷的增大，磨损表面具有更小的相位峰，且相位角也稍微减小。此结果表明316L不锈钢管磨损表面具有更高的电容性能，使磨损表面产生更多的电荷积累，加速了不锈钢的腐蚀。从图3-12还可以得出，低频率下的磨损表面相位角变化更为缓慢，表明滑动磨损过程中磨损表面所发生的微观结构变化，对磨损面的电化学特征产生了影响。

利用ZSimpWin分析软件对阻抗数据进行电化学等效电路拟合，其交流阻抗谱图等效电路如图3-14所示，通过实验数据和拟合数据得出316L不锈钢管磨损表面在海水工况下的Nyquist曲线图3-13，从图中数据可以得出316L不锈钢管在海水工况下的微观结构变化对电化学阻抗的影响。首先，所有磨损与未磨损基体都有相同的电容性半圆弧，且随所加载荷的增加，电容性半圆弧的半径逐渐减小，这表明海水工况下的摩擦磨损减弱了不锈钢磨损面的电化学性能；S.Nagarajan和M.Karthega（2007）提出R//CPE等效电路（图3-12）准确地描述316L不锈钢管在海水工况下的电化学性能，从拟合等效电路中得到重要的实验参数（αOX,QOX,ROX和RE）如表3-2所示，其中QOX，ROX和RE分别为双层界面电容、电荷转移电阻和溶液电阻（Orazemetal，2006）。从表3-2可以得出，随应用载荷的增加，磨损表面的双层界面电容QOX增大并伴随着电荷转移电阻ROX减小，表明磨损表面发生了更快的电荷转移，这主要是因为在海水工况下的摩擦磨损所产生的马氏体和未转变的奥氏体组成了微观电耦合（Abreuetal，2006），加快了不锈钢的腐蚀。