不锈钢缝隙腐蚀过程可视化

日本东北大学日前宣布，开发出了可同时测量水溶液环境下金属表面的氢离子浓度指数（pH）和氯化物离子浓度分布的荧光成像板（图1），使不锈钢缝隙腐蚀过程可视化。观察发现，腐蚀并非缓慢推进，而是在缝隙内溶液成分达到临界值时瞬间发生的。

缝隙腐蚀是在狭小缝隙内发生金属溶解的腐蚀现象。

这种腐蚀通常是由侵入缝隙内的水溶液的成分发生变化而引发的，而且在自来水等腐蚀性弱的环境中浸泡不锈钢等高耐腐蚀材料时，有时也会发生。业界普遍认为这种腐蚀是由pH的低水平及氯化物离子的浓缩所触发的，但以前无法同时测量pH和氧化物离子浓度分布，因此无法明确缝隙内水溶液的成分变化与腐蚀发生之间的定量因果关系。

此次开发的荧光成像板在石英板上涂布可对氧离子和氧化物离子分别做出选择性响应的两种荧光试剂，制成感应膜。通过用紫外线作激发光，并用滤波器切换波长，可连续计测同时对pH和氯化物离子浓度做出响应的发光状态。

另外，荧光成像板对可视光无反应，为无色透明状，因此还可隔着荧光成像板来观察和拍摄金属表面的溶解及侵蚀状态。

日本东北大学在氯化钠水溶液中将该荧光成像板与Fe-18Cr-10Ni-5.5Mn不锈钢紧密贴合，形成缝隙，分析了发生缝隙腐蚀的过程。结果发现，当发生局部性溶解时就会产生急剧的强酸性化和氧化物离子高浓度化现象，缝隙内溶液变成了相当于4mol/L以上浓盐酸的溶液成分。

以前业界一直认为，pH和氯化物离子浓度不存在急剧变化，氯化钠水溶液向浓盐酸的成分变化是缓慢推进的。而此次的研究表明，在缝隙腐蚀发生时，有可能存在临界pH和临界氯化物离子浓度。

今后，东北大学将根据临界pH浓度和氯化物离子浓度，分析不锈钢中添加的各合金元素的作用，力争开发出无需大量添加稀有元素的省资源型高耐腐蚀性不锈钢。另外，该荧光成像板还可用于分析电镀、电解合成、电池反应等电化学原理。