316L不锈钢临界点蚀温度的测量及校准-测博士

316L 不锈钢因含 Mo（2-3%）和低 C（≤0.03%），具有优异的耐点蚀性能，广泛应用于化工、海洋、医疗器械等腐蚀环境中。临界点蚀温度（Critical Pitting Temperature, CPT） 是评估其耐点蚀能力的关键参数，指在特定腐蚀介质中，材料开始发生点蚀的最低温度（或不发生点蚀的最高温度）。以下从测量方法、校准流程及关键注意事项展开说明。

一、临界点蚀温度（CPT）的定义与意义

点蚀是不锈钢在含氯化物等活性离子环境中，因表面钝化膜局部破坏形成的小孔腐蚀，具有隐蔽性强、扩展快的特点。CPT 的物理意义是：在特定试验条件下，材料暴露于腐蚀介质中，刚好不发生点蚀的最高温度（或刚好发生点蚀的最低温度）。其数值越高，表明材料耐点蚀性能越好。

二、316L 不锈钢 CPT 的测量方法

CPT 测量需遵循标准化流程，目前国际通用标准包括 ASTM G150-13《不锈钢临界点蚀温度测试标准方法》 和 ISO 11463《金属和合金的腐蚀 — 点蚀和缝隙腐蚀的评定》，核心原理是通过控制温度梯度，观察材料在特定氯化物介质中是否发生点蚀，进而确定 CPT。

1. 测量核心要素

• 腐蚀介质：需模拟实际应用环境中的氯化物浓度，标准推荐介质为 3.5% NaCl 溶液（接近海水盐度）或 6% FeCl₃溶液（加速腐蚀，适用于快速筛选）。ASTM G150 优先推荐 3.5% NaCl 溶液（pH≈6.5-7.5），因其更接近自然环境。

• 试样制备：

• 尺寸：通常为 10mm×20mm×3mm（或根据装置调整），需露出工作表面（非工作面用环氧树脂密封）；

• 表面处理：用 SiC 砂纸（从 240 目到 600 目）逐级打磨，去除氧化皮和缺陷，最终用乙醇清洗并干燥（确保表面粗糙度一致，避免影响点蚀敏感性）。

• 实验装置：

• 温度控制系统：恒温水浴或加热套（精度 ±0.5℃），需保证介质温度均匀（温差≤±1℃）；

• 暴露装置：耐腐蚀容器（如聚四氟乙烯烧杯），试样通过惰性支架（聚四氟乙烯或陶瓷）固定，完全浸没于介质中；

• 观察工具：光学显微镜（10-50 倍）或扫描电镜（SEM），用于判断点蚀是否发生。

2. 具体测量步骤（以 ASTM G150 为例）

1. 介质配制：按标准称量 NaCl（分析纯），用去离子水溶解，配制 3.5% NaCl 溶液，搅拌均匀后测 pH 值（必要时用 HCl 或 NaOH 调节至 6.5-7.5）。

2. 温度梯度设置：从低到高选择 5-7 个温度点（如 30℃、40℃、50℃…），相邻温度差 5-10℃，覆盖预期 CPT 范围（316L 的 CPT 通常在 50-70℃，具体因成分和状态而异）。

3. 暴露试验：每个温度点放置 3 个平行试样，确保试样完全浸没且互不接触；暴露时间为 24 小时（标准推荐，可根据介质腐蚀性调整），期间保持温度稳定（波动≤±0.5℃）。

4. 点蚀判断：暴露后取出试样，用去离子水冲洗，浸入 10% 硝酸溶液（室温）10 分钟去除腐蚀产物，再干燥。通过 光学显微镜（100 倍）观察：

• 若表面出现直径≥50μm 的小孔（点蚀坑），判定为 “发生点蚀”；

• 无可见点蚀坑，判定为 “未发生点蚀”。

5. CPT 确定：临界点蚀温度为 “未发生点蚀的最高温度”。例如：50℃时无点蚀，55℃时有 3 个试样均出现点蚀，则 CPT 为 50℃。

三、CPT 测量的校准流程

校准的目的是消除设备、介质和操作误差，确保测量结果的准确性和重复性。核心校准项如下：

1. 温度测量系统校准

• 校准对象：恒温水浴、热电偶、温度计（精度需≤±0.1℃）。

• 校准方法：

• 用 标准温度计（经计量认证） 在实验温度范围内（如 30-80℃）选取 5 个点，将标准温度计与待测热电偶同时放入恒温水浴，稳定 30 分钟后记录读数；

• 计算偏差（ΔT = 实测值 - 标准值），若偏差＞±0.5℃，需对设备进行修正或更换。

• 关键要求：确保试样所在位置的温度与设定值一致（可用多点热电偶测量浴槽内不同位置的温度，偏差需≤±0.5℃）。

2. 腐蚀介质校准

• 浓度校准：通过 硝酸银滴定法 验证氯化物浓度（以 3.5% NaCl 为例）：

• 取 10mL 试样溶液，加 5 滴 5% 铬酸钾指示剂，用 0.1mol/L AgNO₃溶液滴定至出现砖红色沉淀，计算 Cl⁻浓度（公式：Cl⁻浓度 =（AgNO₃体积 ×0.1×35.45）/10），偏差需≤±0.1%。

• pH 值校准：用 标准缓冲溶液（pH=4.00、7.00、9.18） 校准 pH 计，确保介质 pH 值在标准要求范围内（如 3.5% NaCl 溶液 pH=6.5-7.5）。

3. 参考试样验证

• 用 已知 CPT 的标准试样（如 316L 标准品，CPT 经权威机构认证） 同步进行测量，若实测 CPT 与标准值偏差＞±2℃，需检查实验流程（如试样表面处理、暴露时间）并重新校准。

4. 设备稳定性校准

• 恒温水浴的 控温稳定性：在设定温度下（如 50℃）连续监测 24 小时，记录温度波动，波动范围需≤±0.3℃（避免温度波动导致点蚀判断误差）。

四、影响 CPT 测量的关键因素及注意事项

1. 材料状态：316L 的 CPT 受显微组织影响（如冷加工会提高点蚀敏感性，CPT 降低；固溶处理可提升 CPT），需明确试样的热处理状态（如 1050℃固溶 + 水淬）。

2. 表面状态：表面粗糙度需统一（如 600 目砂纸打磨），若存在划痕或氧化皮，会导致点蚀提前发生（CPT 测量值偏低）。

3. 介质纯度：需用去离子水（电导率≤10μS/cm）配制溶液，避免杂质离子（如 Cu²⁺、Fe³⁺）加速点蚀。

4. 平行实验：每个温度点至少 3 个平行试样，若结果不一致（如 1 个发生点蚀，2 个未发生），需增加试样数量或缩小温度梯度（如从 5℃改为 2℃）。