溶解氧如何“左右”不锈钢点蚀？——316L不锈钢腐蚀机制的系统解析

2026-01-19 16:25:22 作者：材料强化与防护来源：材料强化与防护分享至：

不锈钢在海洋工程、能源装备等领域被广泛使用，尤其是那些长期处在特定介质中的结构材料，而316L不锈钢因其优异的耐蚀性，是其中使用最多的不锈钢体系之一。但不锈钢的“不锈”是一个相对概念，事实上，即便是耐蚀的不锈钢，在特定的介质环境中依然有腐蚀失效的风险，例如在含Cl⁻环境中可能发生突发性点蚀失效。溶解氧（DO）作为腐蚀过程中的关键环境因子，一方面参与阴极反应，另一方面又可能影响钝化膜的生成与修复，尽管目前已有研究注意到溶解氧的作用，但其在不同腐蚀阶段、不同DO/Cl^-比例下的主导机制仍缺乏系统认识。

针对这一问题，近期材料领域国际期刊《Materials & Design》在线发表了一篇题为“Role of dissolved oxygen on the corrosion behavior of 316L stainless steel”的研究论文，该论文系统揭示了不同溶解氧含量在低氯环境中对316L不锈钢腐蚀演化路径的双重调控作用，研究表明，溶解氧并非单一的“促进”或“抑制”点蚀的发生，而是在腐蚀的不同阶段扮演完全不同的角色，这一结论对海洋工程与耐蚀材料设计具有重要指导意义。本论文的通讯作者兼第一作者为山东交通学院的薛芳老师。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.matdes.2025.115017

【核心内容】

该研究围绕316L不锈钢系统考察了不同溶解氧含量在低氯环境下对钝化膜稳定性与点蚀演化行为的影响机制，揭示了溶解氧在腐蚀不同阶段中作用机制及机制切换的本质原因。结果表明，溶解氧主要存在两种作用机制：

在点蚀萌生之前，溶解氧通过促进钝化膜的再钝化与结构稳定性，提高了材料的抗点蚀能力，此时溶解氧能够有效抑制材料表面发生点蚀；
而一旦钝化膜发生局部破坏，溶解氧则转而主导阴极反应过程，通过加速氧还原反应显著增强局部腐蚀动力学，促进点蚀的快速扩展。

溶解氧在腐蚀不同阶段中的作用示意图

不同[DO]/[Cl⁻]比下点蚀形核机制示意图

点蚀发展与酸化机制示意图

【研究方法】

团队在0.01mol/L NaCl溶液中，通过通氮、混合气等手段精确控制溶解氧含量，在本研究中一共设置了2.1ppb、310ppb与8ppm三种浓度的溶解氧条件，随后采用三电极的电化学测试体系，参比电极选用饱和甘汞电极，结合动电位极化、循环极化、电化学阻抗谱（EIS）等电化学手段，并辅以SEM、激光共聚焦显微、EDS等多尺度微观表征手段，系统跟踪316L样品从短时浸泡到长周期腐蚀过程中的钝化膜稳定性、点蚀行为及表面演化特征。

【研究成果】

① 溶解氧对钝化膜行为的阶段性影响

通过对比不同浸泡时间下的极化曲线，发现溶解氧的作用在不同阶段里的发生了明显的改变，在短期浸泡（40min）阶段，较高的溶解氧会提高阴极反应速率，导致钝化电流密度升高，使材料更易进入活化状态；而在长期浸泡（60天）后，高溶解氧反而促进钝化膜的再钝化与稳定，使点蚀电位显著提高。

不同溶解氧条件下316L不锈钢的动电位极化曲线（40 min 与 60 d）

② 开路电位演化揭示阴极反应主导机制

开路电位随时间的演化清晰反映了溶解氧对腐蚀电化学体系的调控作用，随着溶解氧含量增加，体系的初始与稳态开路电位整体正移，表明氧还原反应显著增强，长期浸泡后，尽管钝化膜发生一定退化，但高DO样品仍保持更高的腐蚀电位水平。

不同溶解氧含量下开路电位随浸泡时间变化

平均开路电位与溶解氧含量关系

③ 阻抗谱揭示“扩散—电荷转移”控制转变

EIS结果表明，在低溶解氧条件下，腐蚀过程逐渐由电荷转移控制向扩散控制转变；而在高溶解氧（8ppm）环境中，整个腐蚀过程始终以电荷转移为主导，表明溶解氧显著强化了阴极反应动力学。

不同溶解氧条件下的EIS谱图

阻抗拟合参数随浸泡时间变化

④ 溶解氧调控点蚀数量与尺度的“反向效应”

随着溶解氧含量升高，点蚀坑的数量虽然出现了减少，但是单个点蚀坑的尺寸和深度却明显增加，这是因为在低DO条件下，Cl^-更易在表面活性点富集，诱发大量微小点蚀，而在高DO条件下，溶解氧与Cl^-发生竞争吸附，使点蚀形核点减少，但这并非绝对的防护，因为一旦形成点蚀，高浓度的DO会通过强化阴极反应加速其向深部扩展。