市售316彈簧的耐腐蝕性及其主要成分分析研究

梁永星，龐文英，梁新慈，鄭潔儀

(中山市美捷時包裝制品有限公司，廣東 中山 528437)

奧氏體不銹鋼是指在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼，可分鉻鎳系、鉻錳系。本文選用的316彈簧屬鉻鎳系，它在多種腐蝕介質中具有優秀的耐腐蝕性和良好的綜合力學性、工藝性及可焊性，故在藥品、食品、化工等領域具有廣泛的用途[5]。但在苛刻的環境下，如升溫、增大接觸介質的氯離子濃度或改變介質的pH值等，316奧氏體不銹鋼均會出現不同程度的腐蝕，常見的腐蝕類型有：晶間腐蝕、點腐蝕、應力腐蝕等[6]。

彈簧又稱彈性合金，屬于金屬功能材料，廣泛應用于氣霧閥、按壓泵、儀器儀表等領域，一般起控制零部件運動的作用[7]。在使用中，彈簧常會因周圍環境影響導致被腐蝕失效而引起機械故障。故研究彈簧的耐腐蝕性及其與主要化學成分的關系，一方面為彈簧使用企業控制原材料質量起重要指導作用，另一方面為彈簧生產企業優化自身產品耐腐蝕性提供一定的依據。

因本文選用的316奧氏體不銹鋼彈簧(以下簡稱316彈簧)多用于氣霧閥、按壓泵等行業，常受不同酸堿度、不同氯離子濃度溶液的浸泡，故設計的試驗溶液是由9個不同pH值和10個不同氯化鈉濃度交叉組合而成的90種不同溶液，參考GB/T 17897-2016采用雙因素試驗法對316彈簧進行耐腐蝕試驗；并參考GB/T 20125-2006采用ICP-OES法對316彈簧的主要成分進行定量分析；探究316彈簧的耐腐蝕性與其主要成分間的關系。

1 儀器與試劑

主要儀器與儀表見表1，表2。

表1 主要儀器

表2 主要試劑

2 試驗方法

2.1 儀器條件

ICP-OES 5110；輔助氬氣氣流量：1 L/min；泵速：12 rpm；功率：1.20 kW；觀察高度：8mm。元素波長：Cr-267.716nm，Mo-202.032nm，Ni-231.604nm，Mn-257.610nm。

2.2 樣品前處理

表3 四款市售316彈簧信息

選用四款市售316彈簧(表3)作為試驗樣品，試驗前用無水乙醇將其進行超聲清洗并常溫涼干，待用。

2.3 耐腐蝕試驗

2.3.1 試驗溶液配制

按表4的設置水平配制試驗溶液，用檸檬酸、氫氧化鈉調節溶液的pH值，用氯化鈉調節溶液的氯化鈉濃度，試驗溶液配制用水均為去離子水。

表4 試驗溶液設置水平

2.3.2 樣品試驗

將2.2中經超聲處理的樣品分別浸泡于表4的各試驗溶液中，置于恒溫培養箱中(50±0.5)℃恒溫下，經1周、1個月、3個月后分別取出，用無水乙醇進行超聲清洗并常溫晾干后，用體視顯微鏡(觀察倍數設為100倍)觀察彈簧表面的腐蝕情況。

2.4 主要成分定量分析

2.4.1 標準溶液配制

在微課的教育過程中，教師可以將微課視頻傳輸到家中監護人的手機中，當學生在放學回到家中后，可以讓學生的監護人引導學生去觀看微課，微課對學生的吸引力相當于一部好看的動畫片。而學生在家中觀看微課，也是對語文教學課堂的一種復習。為此，教師還可以設計一些關于微課的課后作業，也就是說在無形中督促學生去看微課視頻，因為只有觀看了微課的視頻之后才能完成教師布置的課后作業，這樣微課教學就打破了傳統語文教學的地理時間限制，讓學生在學校和家中都可以接受到教師的教育，從而慢慢提高農村語文教學的整體質量。

精密量取多元素標準溶液適量，依次配制成1.0 μg/mL、5.0 μg/mL、10.0 μg/mL、20.0 μg/mL、50.0 μg/mL的標準溶液。

2.4.2 樣品處理

將2.2中經超聲處理的樣品精密稱定后放入裝有10mL混合酸(V硝酸∶V鹽酸=1∶1)的消解管中，置于微波消解儀上加熱至50℃，待樣品完全溶解后得的溶液經0.22μm濾膜過濾，濾液使用2%硝酸進行定容，作供試液，待測。同法制備空白溶液，待測。

2.4.3 定量分析

在2.1的條件下，測定空白溶液和標準溶液中Cr、Ni 、Mo、Mn的光強度，并以溶液的質量濃度(μg/mL )為橫坐標，對應元素的光強度為縱坐標，建立標準曲線；再測定2.4.2的供試液中Cr、Ni 、Mo、Mn的光強度，經標準曲線計算樣品中Cr、Ni 、Mo、Mn的質量濃度(μg/mL )，再經(1)式換算成百分含量(%)。

2.4.4 結果計算

(1)

式中：c——樣品溶液的質量濃度，μg/mL；

v——樣品溶液的定容體積，mL；

m——待測彈簧加入的質量，μg。

3 試驗結果

3.1 耐腐蝕試驗

由表5可知，經浸泡后，3號、4號彈簧出現腐蝕，且主要集中在pH=3、pH=4的試驗溶液中。相同pH值時，試驗溶液的氯化鈉濃度越大，彈簧越早出現腐蝕。而浸泡相同的試驗溶液中，3號比4號彈簧出現腐蝕的時間略晚；相同浸泡時間時，3號比4號彈簧出現腐蝕的條件略為苛刻。1號、2號彈簧在整個試驗過程均無出現腐蝕。由此確認四款彈簧的耐腐蝕性強弱：4號<3號<2號≈1號。

表5 耐腐蝕試驗結果

由圖1～圖5可知，3號、4號彈簧經浸泡后出現的腐蝕屬點腐蝕(以下簡稱點蝕)，點蝕始于彈簧表面，隨浸泡時間增長向內部發展，甚至貫穿整個彈簧截面。具有破壞高度集中、誘導期長短不一、蝕孔隱蔽、分布不均等特點，被視為最具破壞性的局部腐蝕形式之一[8-9]。

3.2 主要成分定量分析

3.2.1 標準曲線方程

標準曲線方程見表6。

表6 Cr、Ni、Mo、Mn標準曲線方程

3.2.2 定量分析結果

定量分析結果見表7～11。

表7 1號彈簧的定量分析結果

表8 2號彈簧的定量分析結果

表9 3號彈簧的定量分析結果

表10 4號彈簧的定量分析結果

表11 彈簧中Cr、Ni、Mo、Mn的百分含量與標準要求對比結果

由表11可知，四款彈簧中Cr、Ni 、Mo、Mn的百分含量均在標準要求范圍內。由圖6可知，四款彈簧中Mo、Mn含量基本一致，但Cr和Ni 含量相差較大,彈簧編號中Cr、Ni 、Mo、Mn的百分含量：4號<3號<2號≈1號。

4 分析討論

經試驗，在酸性協同一定濃度氯離子的介質溶液中，溶液酸性越強、氯離子含量越高，彈簧越容易發生點蝕。由于氯離子在酸性條件下會加速不銹鋼鈍化膜溶解，并進入鈍化膜的晶格中促進腐蝕電流的流動，隨氯離子含量增加，金屬會發生自催化效應，從而促進點蝕的發生[10]。

1號、2號、3號、4號彈簧材質同屬316奧氏體不銹鋼，但耐腐蝕性卻不同。經成分分析表明：彈簧中Cr、Ni含量越高，彈簧的耐腐蝕性越優越。由于金屬材料出現點蝕的敏感性主要取決于鈍化膜的好壞，而Cr作為不銹鋼鈍化膜中的主要成分，可降低不銹鋼的鈍化電流，保持鈍化膜的穩定性，提高鈍化膜被破壞后的修復能力，并增強不銹鋼的再鈍化能力，故不銹鋼的耐點蝕性隨Cr含量增大而增強。而Ni雖不直接對金屬鈍化膜產生有利影響，但Ni富集在金屬基體與鈍化膜的界面處，有助于Ni氮化物的形成，從而降低Cr、Fe的整體腐蝕速率，提高不銹鋼的耐腐蝕性[11]。

5 結論

316彈簧在酸性協同一定濃度氯離子的介質中容易發生點蝕；提高316彈簧中Cr、Ni含量，可有效提高其耐腐蝕性；316彈簧由于成分上的差異，耐腐蝕性存在較大的差異，在選材時建議對其成分進行定量分析。