.1494 工程科学学报，第42卷，第11期 力、使氧化层更加致密等作用，从而大幅提升基体 扩散后会与Fe和Cr元素优先结合 材料的抗腐蚀性能. 图10和图11是两种材料经过3368h腐蚀后 图8和图9分别是12 Cr CNS和11Cr-1Si两种 的样品截面形貌及元素分布能谱分析结果，可以 材料经过2000h腐蚀后的样品截面形貌及元素分 看到经过长达3000h以上的静态腐蚀后，两种材 布能谱分析结果，可以看到两种材料表面氧化层 料表面氧化层呈现出与2000h腐蚀形貌相似且更 厚度有所增加，氧化层致密且连续，没有出现氧化 加清晰的3层结构，氧化层结构连续完整，没有明 层生长内应力导致的氧化膜开裂或脱落.此外， 显的开裂和脱落.相比于12 CrCNS不锈钢，11Cr-1Si 在500℃下随着腐蚀进程的发展，两种材料在表 样品表面氧化层增厚不明显，并且没有观察到铅 面形成的尖晶石层内部出现了一层新的内氧化层 铋向基体材料内部的渗透，氧化层表现出对基体 (Inner oxide zone,.IOZ),在尖晶石外部仍然覆盖有 材料良好的保护性 一层疏松的FeO4从电子能谱线扫描结果来看， 根据Zhang等l,对不锈钢在液态铅铋环境 IOZ推测为Fe3O4+Cr,O3结构l,这主要是由于相 中腐蚀的研究结果，在没有氧化层减薄的情况下， 比其他合金元素，Fe和Cr与O结合形成氧化物的 不锈钢表面氧化层生长速率满足抛物线规律，如 吉布斯生成自由能较低，因此O元素向内部充分 公式(1)所示： (a) (b) Bi 150 Pb Fe 100 Cr 50 Si 数心 0 S4800 15.0 kV 13.8 mm x300 SE(M,LA100)100 pim 60 um Electroa image I 0 10203040 % 60 Distance/um 图812 Cr CNS样品2000h腐蚀结果.(a)藏面腐蚀形貌：(b)能谱线扫描区域：(c)线扫描结果 Fig.8 Corrosion results of 12Cr CNS after 2000 h exposure in static LBE:(a)SEM image of cross section;(b)EDS line scan area,(c)line scan results (b) (c) (a) Bi Pb (65) 100 Fe 0 Cr 50 s4800150V136×300 SEM LAI00'100 um Electron imageI 010203040506070 Distance/um 图911Cr-1Si样品2000h腐蚀结果.(a)截面腐蚀形貌：(b)能谱线扫描区域：(c)线扫描结果 Fig.9 Corrosion results of 11Cr-1Si after 2000 h exposure in static LBE:(a)SEM image of cross section;(b)EDS line scan area;(c)line scan results (a) (b) All elements 120 800 400 0 10 20.3040 50 60 Distance/μm 图1012 Cr CNS样品3368h腐蚀结果.(a)截面腐蚀形貌：(b)能谱线扫描区域：(c)线扫描结果 Fig.10 Corrosion results of 12Cr CNS after 3368 h exposure in static LBE:(a)SEM image of cross section;(b)EDS line scan area;(c)line scan results力、使氧化层更加致密等作用，从而大幅提升基体 材料的抗腐蚀性能. 图 8 和图 9 分别是 12Cr CNS 和 11Cr−1Si 两种 材料经过 2000 h 腐蚀后的样品截面形貌及元素分 布能谱分析结果，可以看到两种材料表面氧化层 厚度有所增加，氧化层致密且连续，没有出现氧化 层生长内应力导致的氧化膜开裂或脱落. 此外， 在 500 ℃ 下随着腐蚀进程的发展，两种材料在表 面形成的尖晶石层内部出现了一层新的内氧化层 （Inner oxide zone，IOZ），在尖晶石外部仍然覆盖有 一层疏松的 Fe3O4 . 从电子能谱线扫描结果来看， IOZ 推测为 Fe3O4+Cr2O3 结构[13] ，这主要是由于相 比其他合金元素，Fe 和 Cr 与 O 结合形成氧化物的 吉布斯生成自由能较低，因此 O 元素向内部充分 扩散后会与 Fe 和 Cr 元素优先结合. 图 10 和图 11 是两种材料经过 3368 h 腐蚀后 的样品截面形貌及元素分布能谱分析结果，可以 看到经过长达 3000 h 以上的静态腐蚀后，两种材 料表面氧化层呈现出与 2000 h 腐蚀形貌相似且更 加清晰的 3 层结构，氧化层结构连续完整，没有明 显的开裂和脱落. 相比于 12Cr CNS 不锈钢，11Cr−1Si 样品表面氧化层增厚不明显，并且没有观察到铅 铋向基体材料内部的渗透，氧化层表现出对基体 材料良好的保护性. 根据 Zhang 等[5, 14] 对不锈钢在液态铅铋环境 中腐蚀的研究结果，在没有氧化层减薄的情况下， 不锈钢表面氧化层生长速率满足抛物线规律，如 公式（1）所示： (a) (b) SEM HV: 20.0 kV View field: 554 μm SEM MAG: 500 x WD: 18.76 mm Dct: SE Date(m/d/y): 10/30/19 MIRA3 TESCAN MSE SUSTC 100 μm SEM HV: 20.0 kV View field: 138 μm SEM MAG: 2.00 kx WD: 18.76 mm Dct: SE Date(m/d/y): 10/30/19 MIRA3 TESCAN MSE SUSTC 20 μm (c) 800 400 1200 0 0 10 20 30 Distance/μm 40 50 60 Intensity (cps) Fe Kα1 Cr Kα1 O Kα1 Y Lα1 Ni Kα1 Si Kα1 Pb Mα1 Bi Mα1 All elements 图 10    12Cr CNS 样品 3368 h 腐蚀结果. （a）截面腐蚀形貌；（b）能谱线扫描区域；（c）线扫描结果 Fig.10    Corrosion results of 12Cr CNS after 3368 h exposure in static LBE: (a) SEM image of cross section; (b) EDS line scan area; (c) line scan results (a) (b) S4800 15.0 kV 13.8 mm ×300 SE(M, LA100) 100 μm 60 μm Electron image 1 (c) 50 0 0 10 20 30 Distance/μm 40 50 60 100 150 Intensity (cps) Fe−O layer Fe−Cr spinel layer Inner oxide zone Bi Pb Fe O Cr Si Ni 图 8    12Cr CNS 样品 2000 h 腐蚀结果. （a）截面腐蚀形貌；（b）能谱线扫描区域；（c）线扫描结果 Fig.8    Corrosion results of 12Cr CNS after 2000 h exposure in static LBE: (a) SEM image of cross section; (b) EDS line scan area; (c) line scan results (a) (b) S4800 15.0 kV 13.6 mm ×300 SE(M, LA100) 100 μm 60 μm Electron image 1 (c) 50 0 0 10 20 30 Distance/μm 40 50 70 60 100 Intensity (cps) Fe−O layer Fe−Cr spinel layer Inner oxide zone Bi Pb Fe O Cr Si Ni 图 9    11Cr−1Si 样品 2000 h 腐蚀结果. （a）截面腐蚀形貌；（b）能谱线扫描区域；（c）线扫描结果 Fig.9    Corrosion results of 11Cr−1Si after 2000 h exposure in static LBE: (a) SEM image of cross section; (b) EDS line scan area; (c) line scan results · 1494 · 工程科学学报，第 42 卷，第 11 期