538· 北京科技大学学报 2003年第6期 250 600 有氢钝化膜 200 150 400 无氢钝化膜 盒 100 解 漏 200 % 0 0 10203040 50 102030405060 电流密度(mA·cm) 图1316不锈钢样品中的氢含量随充氢电流密度的变 位移/nm 化关系曲线 图3氢对不锈钢钝化膜的影响 Fig.1 Concentration of hydrogen releasing from the spec- Fig.3 Influence of hydrogen on passive films on the stain- less steel imens charged at various charging current densities 所示.当充氢电流密度小于20mA/cm时，316不 (P=500N)含氢钝化膜样品表面与无氢钝化膜 锈钢样品中的氢含量迅速增加，而在电流密度大 样品表面载荷一位移关系曲线.由图发现在含氢 于20mA/cm后，样品中的氢含量增加缓慢.实验 钝化膜样品表面载荷一位移关系曲线中，当施加 观察发现：当电流密度大于20mA/cm后，样品表 的载荷大约为50μN时位移出现突变点，随后样 面局部附着黑色锈层，且样品表面伴随氢损伤， 品连续变形，最终留下大约40nm永久位移.位 从而影响316不锈钢基体中氢含量的增加， 移偏移量6明显小于无氢钝化膜位移偏移量6. 22氢对临界载荷和位移偏移量的影响 无氢钝化膜样品与有氢钝化膜的样品的最大压 图2所示针尖压入无氢钝化膜样品表面然后 入位移分别为40,50nm.有氢钝化膜样品的临界 卸载的载荷一位移关系曲线，当施加的载荷约为 载荷P降低.在施加相同的载荷条件下，对比针 150μN时，在曲线上出现突变点现象，通常称为 尖压入含氢和无氢钝化膜样品表面多次测量的 位移偏移或pop-in现象.突变点处的载荷称为临 载荷一位移关系曲线.如图4所示，表明在载荷 界载荷，用符号P表示，突变点处位移偏移增量 一位移关系曲线上，在初始弹性加载过程中，无 用符号δ表示.在突变点后，样品表面发生连续弹 氢钝化膜比含氢钝化膜能承受更高的强度，无氢 塑性变形，卸载后留下大约30nm的残余位移， 钝化膜的弹性模量高于含氢钝化膜的弹性模量. 这表明样品表面发生了较大的永久塑性变形.当 不锈钢钝化膜的弹性模量随氢含量的增加而降 施加的载荷小于临界载荷(150N)时，卸载后样 低，并且无氢钝化膜的硬度高于有氢钝化膜的硬 品用扫描探针显微镜原位观察表面没有留下永 度.不同氢含量下含氢钝化膜测量的位移偏移量 久的塑性变形的痕迹，表明样品表面没有发生永 与不锈钢基体中氢含量的关系如图5所示，从图 久的塑性变形.图3是在最大载荷相同的条件下 中可以看出随着氢含量的增加，位移偏移量明显 600 500 10 mA/cm 400 0 mA/cm 至 400 300 解 200 200 100 0 10 203040 50 0 10 2030405060 位移/nm 位移/nm 图2316不锈钢无氢钝化膜的典型载荷一位移关系 图4不锈钢含氢与无氢钝化膜的载荷一位移关系 Fig.2 Typical load-depth curve for the passive film formed Fig.4 Comparison between indentation into the passive on the 316 stainless steel films with or without hydrogen on the stainless steel￾ ￾￾￾ ￾ 北 京 科 技 大 学 学 报 ￾￾￾￾年 第 ￾期 有氢钝化膜 卿 但燕￾之性 ￾￾ ︵ ，‘￾￾勺︼︸￾、﹃︸﹃ ￾ 魂，￾￾￾ 名确甲载众叫妈￾乏 ￾ ￾二二一一￾一一￾一一￾一一一上 ￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ 电流 密 度￾￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾ 图 ￾ ￾￾‘不 锈钢 样 品 中的氢 含量 随 充氢 电流 密度 的 变 化 关 系 曲线 ￾￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾ 亩￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾舫￾￾ 位 移厄￾ 图 ￾ 氢 对 不 锈钢 钝 化 膜 的 影 响 ￾￾ · ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ 所 示 ￾ 当充 氢 电流 密 度 小 于 ￾ ￾ ￾￾￾￾ ， 时 ， ￾￾ 不 锈 钢 样 品 中 的氢 含 量 迅速 增 加 ， 而在 电流 密 度 大 于 ￾￾￾￾￾￾￾ ， 后 ， 样 品 中 的氢 含 量 增 加 缓慢 ￾ 实验 观 察 发现 ￾ 当 电流 密 度 大 于 ￾ ￾￾￾￾耐 后 ， 样 品表 面 局 部 附着 黑 色 锈 层 ， 且 样 品表 面 伴 随氢 损 伤 ， 从 而 影 响 ￾￾ 不 锈 钢 基 体 中氢 含 量 的增 加 ， ￾￾ 氢 对 临界 载荷 和 位 移 偏 移 量 的 影 响 图 ￾所 示 针 尖 压 入 无氢 钝 化膜 样 品表 面 然 后 卸 载 的载 荷一位 移 关 系 曲线 ， 当施 加 的载 荷 约 为 ￾￾ 州 时 ， 在 曲线 上 出现 突 变 点现 象 ， 通 常 称 为 位 移 偏 移 或 ￾￾卜￾ 现 象 ￾ 突 变 点处 的载 荷 称 为 临 界 载 荷 ， 用 符 号￾表 示 ， 突 变 点 处 位 移 偏 移 增 量 用 符 号￾表 示 ￾ 在 突变 点后 ， 样 品表 面发 生连 续 弹 塑 性 变 形 ， 卸 载后 留下 大 约 ￾ ￾ 的残 余 位 移 ， 这 表 明样 品 表 面 发 生 了较 大 的永久 塑 性 变 形 ￾ 当 施 加 的载 荷 小 于 临界 载 荷 ￾￾￾ 卿￾时 ， 卸 载 后 样 品 用 扫 描 探 针 显 微 镜 原 位 观 察 表 面 没 有 留下 永 久 的塑 性 变 形 的痕迹 ， 表 明样 品表 面 没 有 发 生 永 久 的塑 性 变 形 ￾ 图 ￾是 在 最 大 载 荷 相 同 的条件 下 仍 仙行￾￾￾州￾含 氢 钝 化 膜 样 品表 面 与 无 氢 钝 化 膜 样 品表 面 载 荷一位 移 关 系 曲线 ￾ 由图发 现 在 含氢 钝 化膜 样 品表 面 载 荷一位 移 关 系 曲线 中 ， 当施 加 的载 荷 大 约 为 ￾ 州 时位 移 出现 突 变 点 ， 随后 样 品连 续 变 形 ， 最 终 留下 大 约 ￾￾ 咖 永 久 位 移 ￾ 位 移 偏 移 量 人 ￾。 明显 小 于 无 氢 钝 化 膜 位 移 偏 移 量占 ￾ 无 氢 钝 化 膜 样 品与 有 氢 钝 化 膜 的样 品 的最 大 压 入 位 移 分 别 为 ￾ ， ￾ ￾￾ ￾ 有 氢 钝 化 膜 样 品 的 临界 载 荷只 ￾ 降低 ￾ 在 施 加 相 同 的载 荷 条 件 下 ， 对 比 针 尖 压 入 含 氢 和 无 氢 钝 化 膜 样 品表 面 多 次 测 量 的 载 荷一位 移 关 系 曲线 ￾ 如 图 ￾所 示 ， 表 明在 载荷 一位 移 关 系 曲线 上 ， 在 初 始 弹 性 加 载 过 程 中 ， 无 氢 钝 化 膜 比 含氢 钝 化膜 能承 受 更 高 的强度 ， 无 氢 钝 化 膜 的弹性 模 量 高于 含 氢 钝化 膜 的弹性 模 量 ￾ 不 锈 钢 钝 化 膜 的弹 性 模 量 随 氢 含 量 的增 加 而 降 低 ， 并 且 无 氢 钝 化膜 的硬度 高于 有氢钝 化 膜 的硬 度 ￾ 不 同氢含 量 下 含 氢 钝 化膜 测 量 的位 移 偏 移 量 与 不 锈 钢 基 体 中氢 含量 的关 系 如 图 ￾所 示 ， 从 图 中可 以看 出随着 氢 含 量 的增 加 ， 位 移 偏 移 量 明显 ￾￾了 ￾￾ 但燕￾、二 ，￾ 尸￾￾ 、 ￾ ￾‘ 卜￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾ ︼、︸￾，乙气︸，￾ 但燕、苍 ￾日￾二一山一一一‘一一二一一‘‘ ￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ 位 移￾￾ 图 ￾ ￾￾￾不 锈 钢 无 氢钝 化膜 的典型 载荷一位移 关 系 ￾￾ · ￾ 勺￾￾￾￾￾￾￾￾￾ 一￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾ 淤位 移厄￾ 图 ￾ 不 锈钢 含氢 与无 氢钝 化膜 的载荷一位移 关系 ￾￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾