Odată cu dezvoltarea explorării resurselor polare și a transportului maritim polar, o atenție semnificativă a fost îndreptată către materialele pentru echipamentele polare și tehnologiile de protecție împotriva deteriorării în medii extreme. Pentru a răspunde nevoilor de protecție împotriva coroziunii ale oțelului pentru construcții navale și pentru a evalua performanța oțelului inoxidabil în condiții de temperatură scăzută, a fost utilizată tehnologia de placare cu laser pentru a fabrica acoperiri din oțel inoxidabil austenitic 316L și oțel inoxidabil duplex 2205 pe suprafața oțelului FH690. Aceste acoperiri au fost supuse unui test de expunere de un an în mediul atmosferic al stației Zhongshan din Antarctica. Rezultatele au arătat că straturile de oțel inoxidabil au redus în mod eficient rata de coroziune a substratului de oțel marin. Au fost analizate microstructura, microduritatea, comportamentul tribologic, comportamentul electrochimic la coroziune și stabilitatea probelor în condiții polare de temperatură scăzută. Rezultatele au indicat că acoperirea 316L a prezentat o coroziune minoră prin înțepături, în timp ce acoperirea 2205 a prezentat o ușoară coroziune selectivă. Ambele acoperiri și-au menținut nivelurile de microduritate și rezistență la uzură anterioare expunerii, cu o ușoară reducere a rezistenței la coroziune. Acoperirile din oțel inoxidabil placate cu laser au demonstrat stabilitate în ceea ce privește structura fazelor și performanța în mediul de expunere atmosferică din Antarctica, asigurând o protecție eficientă a substratului din oțel la temperaturi scăzute. Aceste rezultate oferă un sprijin valoros pentru evaluarea adaptabilității la mediu a materialelor utilizate în echipamentele polare și pentru avansarea tehnologiilor de acoperire rezistente la coroziune.

În ultimii ani, în contextul încălzirii globale, al penuriei resurselor și al schimbărilor de mediu, explorarea resurselor polare, progresul transportului maritim polar și protejarea intereselor polare au atras o atenție sporită din partea națiunilor din întreaga lume. Cercetările au stabilit că regiunea arctică conține aproximativ 30% din rezervele mondiale neexploatate de gaze naturale și 13% din rezervele mondiale neexploatate de petrol, în timp ce Antarctica găzduiește cel mai mare bazin carbonifer din lume, situat sub calota glaciară din Antarctica de Est, cu o rezervă estimată la aproximativ 500 de miliarde de tone. În procesele de explorare, dezvoltare și conservare a regiunilor polare, performanța operațională a echipamentelor polare de înaltă performanță, cum ar fi spărgătoarele de gheață, platformele offshore și stațiile terestre, este de o importanță crucială. Cu toate acestea, mediul polar este complex și dur, cu temperaturi medii anuale de aproximativ -22,3°C în Arctica și între -28,9°C și -35°C pe continentul Antarctic. Doar 1 până la 4 luni pe an se înregistrează temperaturi medii lunare între 0°C și 10°C, iar condițiile meteorologice extreme scad temperaturile de serviciu până la -70°C. Împreună cu vânturile uscate, radiațiile ultraviolete intense, ciclurile de îngheț-dezgheț și căderile furtunoase de zăpadă, echipamentele polare sunt supuse unor deteriorări prelungite și grave cauzate de coroziune în urma expunerii atmosferice la temperaturi scăzute. Pentru componentele mobile din spărgătoarele de gheață, platformele de foraj și sistemele de depozitare, trebuie luate în considerare, de asemenea, deteriorările suplimentare cauzate de solicitări și uzură. În consecință, adaptabilitatea la mediu a materialelor pentru echipamentele polare a fost mult timp un punct central al cercetărilor științifice extinse.

În prezent, materialele metalice pentru echipamentele polare constau în principal din oțeluri pentru temperaturi scăzute, care sunt oțeluri de înaltă performanță concepute pentru a prezenta o tenacitate și o sudabilitate excelente la temperaturi scăzute. Acestea includ de obicei oțelurile slab aliate pe bază de ferită și oțelurile inoxidabile austenitice Fe-Cr-Ni. Oțelurile slab aliate la temperaturi joase sunt utilizate pe scară largă datorită rentabilității lor și sunt produse în mod obișnuit folosind procesul de control termomecanic (TMCP), care îmbunătățește rezistența, tenacitatea, sudabilitatea și reduce conținutul de carbon. Wang Chaoyi și colab. au efectuat experimente de sudare folosind sudarea cu arc submers pe o grosime de 54 mm, din oțel de joasă temperatură de 460 MPa pentru nave polare, produs prin TMCP. Ei au constatat că, la o temperatură extrem de scăzută de -70°C, probele din zona afectată de căldură cu o microstructură bainitică unică au prezentat fractură fragilă, în timp ce materialul de bază cu o microstructură bifazică ferită-bainită a demonstrat o rezistență mai mare la fractură și o rezistență mai mare la propagarea fisurilor. Sun Shibin și colab. au investigat comportamentul tribologic al plăcilor de oțel marin TMCP FH36 de diferite grosimi la 20°C, -5°C și -20°C. Constatările lor au arătat că microstructura de suprafață consta în principal din ferită și perlită, în timp ce regiunea de grosime medie prezenta ferită, perlită și bainită granulară. Microstructura a influențat în mod direct duritatea și rezistența la uzură, uzura abrazivă fiind mecanismul dominant, însoțită de uzură prin oboseală și aderență. Pe măsură ce temperatura a scăzut, duritatea suprafeței localizate a crescut, dar detașarea materialului din cauza frecării a exacerbat uzura, rezultând urme de uzură mai largi și mai adânci și un volum de uzură crescut. Li și colab. au studiat comportamentul de coroziune timpurie al oțelului de joasă temperatură EH36 într-un mediu atmosferic marin polar simulat, observând că coroziunea a rămas într-o fază accelerată la temperaturi scăzute, cu o rată de 0,47 g-m-²-h-¹. Oțelul de înaltă rezistență FH690 pentru temperaturi scăzute oferă proprietăți mecanice excelente la temperaturi scăzute; cu toate acestea, în medii cu deteriorări cuplate de uzură-coroziune, produsele de coroziune libere și poroase nu rezistă forțelor de forfecare prin frecare, iar coroziunea galvanică dintre substratul expus și produsele de uzură accelerează și mai mult degradarea. Microstructura oțelurilor slab aliate la temperatură joasă este susceptibilă la modificări induse de căldură și forțe mecanice, ceea ce duce la instabilitatea proprietăților mecanice și de uzură. În plus, absența elementelor pasivante duce la o coroziune rapidă în medii marine cu Cl-, reducând semnificativ durata de viață în condiții de uzură-coroziune cuplată.

Deteriorarea materialelor, cum ar fi uzura și coroziunea, debutează de obicei la suprafață. Prin utilizarea tehnologiilor de placare cu fascicul de energie înaltă pentru fabricarea de acoperiri de înaltă performanță cu rezistență integrată la uzură și coroziune la temperaturi joase pe suprafața oțelului pentru construcții navale dur, la temperaturi joase, se pot obține îmbunătățiri semnificative ale performanței de funcționare a echipamentelor de construcții navale în medii polare extreme. Acoperirile preparate prin placare cu laser pe substraturi de oțel marin EH32 au prezentat o duritate și o rezistență la uzură superioare celor ale substratului în urma testelor de îngheț-coroziune la temperaturi scăzute, la -80°C. Selectarea materialelor de acoperire de înaltă performanță adecvate este esențială pentru îmbunătățirea duratei de viață a oțelului marin. Oțelul inoxidabil, cu rezistența sa excelentă la coroziune, rezolvă problema lipsei elementelor pasivante din oțelul marin la temperaturi scăzute și, ca aliaj pe bază de fier, asigură o legătură metalurgică solidă în timpul procesului de placare. Oțelului inoxidabil austenitic îi lipsește tranziția ductil- fragil la temperaturi scăzute, oferind o rezistență excepțională la impact și la coroziune. Oțelul inoxidabil duplex oferă o rezistență mai mare și o rezistență îmbunătățită la uzură, precipitarea controlată a fazelor secundare păstrând o bună tenacitate. Variabilitatea neregulată a climatului polar complică simularea testelor de coroziune prin expunere atmosferică, ceea ce face ca expunerea atmosferică pe termen lung în regiunile polare să fie cea mai fiabilă metodă de evaluare.

Acest studiu abordează cerințele privind materialele pentru echipamentele de inginerie polară și nevoia de protecție împotriva deteriorării în medii extreme. Tehnologia de placare cu laser a fost utilizată pentru fabricarea de acoperiri din oțel inoxidabil austenitic 316L și oțel inoxidabil duplex 2205 pe suprafața oțelului FH690, urmată de teste de expunere în mediul atmosferic al stației Zhongshan din Antarctica. Microduritatea, comportamentul tribologic, comportamentul electrochimic la coroziune și stabilitatea probelor în condiții polare de temperatură scăzută au fost analizate pentru a oferi informații privind adaptabilitatea la mediu și protecția la coroziune a materialelor echipamentelor polare. A fost investigată eficacitatea de protecție a acoperirilor 316L și 2205 placate cu laser pe oțelul FH690 în mediul de expunere atmosferică din Antarctica.

Pregătirea experimentală
1.1 Pregătirea acoperirii și condițiile de expunere în Antarctica
Materialul substratului utilizat în acest experiment a fost oțelul FH690 cu dimensiuni de 100 mm × 25 mm × 10 mm. Suprafața a fost mai întâi șlefuită cu șmirghel de granulație 1500 pentru a obține zgârieturi uniforme, urmată de curățare cu ultrasunete cu etanol anhidru pentru a îndepărta impuritățile de suprafață și uleiul, și apoi uscată pentru utilizarea ulterioară. Pulberile din aliaje de oțel inoxidabil 316L și 2205, cu dimensiuni ale particulelor cuprinse între 48 și 74 μm, au fost selectate ca materiale de acoperire și au fost uscate într-un mediu de vid la 50 °C timp de 24 de ore înainte de placare.

Pulberile de aliaj au fost aplicate uniform pe suprafața substratului folosind metoda pulberilor prestabilite, cu o grosime a stratului de acoperire de aproximativ 2 mm și o dimensiune plană de 50 mm × 25 mm. Pentru placare a fost utilizat un laser cu semiconductor cuplat la fibră (RECI Laser, DAC4000) cu o putere maximă de ieșire de 4 kW. Parametrii de placare au fost următorii: puterea laserului de 1,6 kW, diametrul spotului de 2 mm, viteza de scanare de 800 mm/min, rata de suprapunere de 25% și protecția atmosferei de argon. După placare, straturile de acoperire au fost lustruite cu șmirghel de 1500 de granulații pentru a se potrivi cu starea substratului, s-au făcut găuri în locații specifice pentru asamblarea probelor, iar starea inițială a probelor a fost fotografiată și cântărită.

Fixarea probelor pentru expunerea atmosferică în Antarctica a respectat standardul GB/T 14165-2008, cu suprafața probei poziționată la un unghi de 45° față de planul orizontal, după cum se arată în figura 1. Probele au fost amplasate la stația Zhongshan din Antarctica pentru o perioadă de testare de un an (decembrie 2022 - decembrie 2023). La recuperare, probele au fost fotografiate, iar cele cu produse de coroziune au fost scufundate într-o soluție de îndepărtare a ruginii conținând 100 ml HCl, 100 ml apă deionizată și 0,3 g hexametilentetramină pentru curățare cu ultrasunete. Probele au fost apoi clătite cu alcool, uscate, fotografiate și cântărite. Prelucrarea prin electroeroziune cu fir a fost utilizată pentru a prelucra probele în eșantioane mai mici cu o suprafață de 10 mm × 10 mm pentru testele ulterioare.

1.2 Caracterizarea eșantionului și testarea performanței înainte și după expunerea în Antarctica
Acoperirile înainte și după expunerea la atmosferă în Antarctica au fost caracterizate din punct de vedere al morfologiei, compoziției și structurii fazelor utilizând un microscop electronic cu baleiaj (SEM, ZEISS Gemini300), un spectrometru cu dispersie de energie cu raze X (EDS, Oxford INCA 80), un difractometru cu raze X (XRD, Bruker D8 Advance) și un microscop confocal cu baleiaj laser (CLSM, Keyence VK-X250).

Microduritatea a fost măsurată cu ajutorul unui tester de microduritate Vickers (Veiyee QHV-1000SPTA) în 20 de puncte selectate aleatoriu pe suprafața stratului de acoperire, cu o sarcină aplicată de 200 g și un timp de repaus de 15 s. Media celor 20 de măsurători a fost considerată duritatea suprafeței stratului de acoperire. Comportamentul tribologic de alunecare uscată liniară al acoperirilor a fost evaluat cu ajutorul unei mașini multifuncționale de testare a frecării și uzurii (Rtec MFT-5000), cu o forță normală aplicată de 10 N, o durată de uzură de 1800 s, o distanță de mișcare alternativă de 3 mm și o bilă ceramică SiN (cu diametrul de 6,35 mm) ca contrafacere. Urmele de uzură au fost analizate utilizând un morfometru tridimensional (Bruker Contour GT-K). Comportamentul la coroziune la 10 ± 0,1°C a fost evaluat folosind o stație de lucru electrochimică (Gamry Reference 3000) într-o soluție de NaCl 3,5 wt.% cu un sistem cu trei electrozi: un fir de platină ca contraelectrod, un electrod Ag/AgCl ca electrod de referință și acoperirea ca electrod de lucru, încapsulat în rășină epoxidică pentru a expune o zonă de lucru de 10 mm × 10 mm. Testarea potențialului de circuit deschis (OCP) a fost efectuată timp de 1800 s la o frecvență de eșantionare de 0,5 s-¹, urmată de spectroscopie de impedanță electrochimică (EIS) la OCP cu o gamă de frecvențe de la 100 kHz la 10 mHz. Polarizarea potențiodinamică a fost efectuată la o rată de scanare de 1 mV-s-¹, pornind de la un potențial inițial de -0,3 V în raport cu OCP și terminând atunci când densitatea curentului de polarizare anodică a atins 1 mA-cm-², rezultând curba de polarizare Tafel. Fiecare test tribologic și electrochimic a fost repetat de cel puțin trei ori pentru a asigura acuratețea.

2 Rezultate și discuții
2.1 Morfologia și analiza pierderii de masă
Morfologia microscopică a acoperirilor după preparare este prezentată în figura 2. Ambele acoperiri au obținut o legătură metalurgică satisfăcătoare cu substratul, prezentând structuri uniforme și dense, fără defecte precum fisuri, pori, incluziuni sau lipsă de fuziune la interfață. Analiza compozițională a elementelor-cheie din acoperiri este prezentată în tabelul 1. Cr și Mo, elemente critice rezistente la pitting în oțelul inoxidabil, formează o peliculă densă de pasivare în medii corozive, în timp ce Ni este elementul principal de stabilizare a austenitei. Placarea cu laser, deși realizează o legătură metalurgică între strat și substrat, introduce o anumită diluare, elementele din substrat migrând în strat, rezultând în conținuturi de Cr și Ni ușor mai scăzute comparativ cu compozițiile nominale ale celor două oțeluri inoxidabile.

Figura 3 ilustrează morfologia macroscopică a celor două acoperiri din oțel inoxidabil în starea lor inițială, după un an de expunere la stația Zhongshan din Antarctica și după îndepărtarea ruginii. În starea lor inițială, substratul din oțel FH690, acoperirea 316L și acoperirea 2205 prezentau un luciu metalic strălucitor (figurile 3a, 3d), cu caracteristici de suprafață excelente. După un an de expunere la stația Zhongshan, straturile de acoperire au rămas bine lipite de substrat, fără fisuri sau delaminare. Substratul de oțel FH690 a suferit coroziune, reacționând cu oxigenul pentru a forma un strat de oxid uniform, liber, care a trecut de la un luciu metalic la o nuanță maronie (figurile 3b, 3e). Principalii produși de coroziune ai oțelului FH690 într-un mediu atmosferic marin includ α-FeOOH, β-FeOOH și Fe₃O₄. Poziționate la un unghi de 45° față de sol, precipitațiile și căderile de zăpadă din Antarctica au făcut ca produsele de coroziune din substratul FH690 să curgă pe acoperiri, transformând unele zone în gri-maroniu. După îndepărtarea ruginii, produsele de coroziune gri-maronii de pe suprafețele de acoperire au dispărut, iar morfologia suprafeței acoperirilor 316L și 2205 a prezentat abateri minime de la starea lor inițială (figurile 3c, 3f), indicând o protecție eficientă a substratului FH690.

Caracteristicile microscopice ale oțelului slab aliat după coroziunea în mediul atmosferic antarctic au fost raportate, formând de obicei produse de coroziune de tip bloc, lamelar sau petală, însoțite de fisuri și gropi. Morfologia microscopică a celor două acoperiri din oțel inoxidabil după un an de expunere atmosferică la stația Zhongshan este prezentată în figura 4. Suprafața acoperirii 316L prezenta numeroase găuri de pitting, cu diferențe neglijabile în ceea ce privește conținutul de elemente metalice în interiorul și în exteriorul gropilor, deși conținutul de oxigen era mai mare pe pereții gropilor. Oțelul inoxidabil se bazează pe elemente ușor pasivante, precum Cr și Mo, pentru a forma o peliculă de oxid densă care să reziste la coroziunea Cl-; un conținut mai ridicat de oxigen indică o peliculă de pasivare mai densă, zonele cu un conținut mai scăzut de peliculă de pasivare fiind corodate în mod preferențial. Suprafața de acoperire 2205 prezintă caracteristici de coroziune selectivă, regiunile austenitice (B2) cu un conținut mai scăzut de Cr fiind corodate în mod preferențial, în timp ce regiunile feritice (B1) cu un conținut mai ridicat de Cr prezintă niveluri mai ridicate de oxigen și o calitate superioară a peliculei de pasivare.

Morfologia confocală laser a celor două acoperiri din oțel inoxidabil după un an de expunere atmosferică la stația Zhongshan din Antarctica este prezentată în figura 5. Acoperirea 316L a prezentat numeroase situsuri mici de coroziune prin înțepături, cu unele înțepături mici care s-au agregat și s-au unit în înțepături mai mari, cea mai adâncă ajungând la 12,89 μm. În schimb, acoperirea 2205 nu a prezentat caracteristici de coroziune prin înțepături, suferind în principal o ușoară coroziune selectivă, morfologia sa microscopică reflectând structura caracteristică în două faze a oțelului inoxidabil duplex.

Analiza fazelor celor două acoperiri din oțel inoxidabil în starea lor inițială și după un an de expunere atmosferică la stația Zhongshan (figura 6) a arătat că acoperirile 316L și 2205 au menținut o structură austenitică monofazică stabilă și, respectiv, o structură austenitică-ferritică bifazică, atât înainte, cât și după expunere. Suprafețele de acoperire au suferit doar o coroziune minoră, fără o acumulare semnificativă de produse de coroziune. Având în vedere că grosimea peliculei de pasivare nu depășește de obicei 10 nm, nu au fost detectate vârfuri de difracție suplimentare. Acoperirile 316L și 2205 placate cu laser au demonstrat stabilitate de fază în mediul de expunere atmosferică din Antarctica.

Pe baza rezultatelor de mai sus, produsele de coroziune observate pe probe proveneau de la substrat, în timp ce straturile în sine nu prezentau modificări semnificative. Metoda pierderii de masă a fost utilizată pentru a investiga viteza de coroziune a probelor și pentru a evalua eficacitatea protectoare a acoperirilor din oțel inoxidabil. În studiile privind coroziunea prin expunere atmosferică, pierderea de masă prin coroziune și viteza de coroziune a materialelor metalice sunt calculate folosind următoarele ecuații: unde ω reprezintă pierderea de masă prin coroziune pe unitate de suprafață (g/m²), ν reprezintă viteza de coroziune (mm/a), m_t este masa probei după îndepărtarea ruginei (g), m_0 este masa probei înainte de expunere (g), S este suprafața probei (cm²), ρ este densitatea oțelului slab aliat (aproximativ 7,86 g/cm³), iar t este timpul de expunere (h).

Pierderea de masă calculată și rata medie de coroziune a oțelului FH690 sub protecția celor două acoperiri sunt prezentate în figura 7. Sub acoperirea 316L, pierderea de masă a oțelului FH690 a fost de 12,5 mg-cm-², cu o rată medie de coroziune de 15,9 μm-a-¹; sub acoperirea 2205, pierderea de masă a fost de 12,8 mg-cm-², cu o rată medie de coroziune de 16,3 μm-a-¹. Ambele acoperiri au prezentat o coroziune neglijabilă în mediul atmosferic antarctic, oferind o protecție eficientă substratului de oțel FH690. Ratele medii de coroziune sub cele două acoperiri au fost aproape identice, toate pierderile de masă fiind atribuite substratului expus. Comparativ cu rata de coroziune a oțelului marin 690 MPa neprotejat în atmosfera antarctică (18,7 μm-a-¹), s-a obținut o reducere semnificativă.

2.2 Microdurețe
Figura 8 ilustrează microduritatea medie a celor două suprafețe de acoperire din oțel inoxidabil. Valorile inițiale ale microdurității acoperirilor 316L și 2205 au fost 279,19 HV₀.₂ și, respectiv, 392,77 HV₀.₂. De obicei, microduritatea 316L turnat nu depășește 200 HV₀.₂, în timp ce cea a 2205 turnat este de aproximativ 300 HV₀.₂. Duritatea mai mare a acoperirilor placate cu laser poate fi atribuită la doi factori: în primul rând, răcirea rapidă în timpul placării cu laser are ca rezultat structuri dendritice și granule fine echiaxate, contribuind la întărirea rafinării granulelor; în al doilea rând, legătura metalurgică dintre substrat și acoperire permite elementelor din oțelul FH690 să se amestece în acoperiri din oțel inoxidabil, sporind duritatea. Acest lucru este susținut de rezultatele EDS (tabelul 1), care indică diluarea Fe, reducând conținutul de alte elemente. După un an de expunere atmosferică la stația Zhongshan, microduritatea acoperirilor a rămas practic neschimbată, demonstrând o excelentă adaptabilitate la mediu.

2.3 Comportamentul tribologic
Figura 9 prezintă comportamentul tribologic al celor două acoperiri din oțel inoxidabil înainte și după expunerea la atmosferă în Antarctica. În condiții de frecare prin alunecare uscată, coeficientul de frecare (COF) s-a stabilizat după aproximativ 300 s, atingând o valoare constantă de aproximativ 0,7. După un an de expunere atmosferică la stația Zhongshan, COF al acoperirii 316L a scăzut ușor în comparație cu starea sa inițială, în timp ce cel al acoperirii 2205 a rămas neschimbat. Pierderea volumului de uzură a ambelor acoperiri a rămas constantă înainte și după expunere, acoperirea 2205 prezentând un volum de uzură mai mic decât acoperirea 316L. Profilurile urmelor de uzură ale stratului 2205 au fost mai puțin adânci decât cele ale stratului 316L, indicând o rezistență superioară la uzură. Acoperirea 316L a prezentat crestături pronunțate la marginile urmelor de uzură, rezultate din deformarea plastică sub presiunea bilei de alunecare. Rata de uzură (μ) a acoperirilor a fost calculată cu ajutorul ecuației Archard: unde V este pierderea volumică măsurată de uzură (mm³), N este sarcina normală (N), iar d este distanța totală de alunecare (m).

Rezultatele calculate, prezentate în figura 9d, indică faptul că ratele de uzură ale acoperirilor 316L și 2205 au fost de aproximativ 8,35 × 10-⁶ mm³-N-¹-m-¹ și, respectiv, 7,85 × 10-⁶ mm³-N-¹-m-¹. După expunerea la atmosfera antarctică, ratele de uzură ale ambelor acoperiri au rămas la nivelurile anterioare expunerii, demonstrând o rezistență stabilă la uzură.

Figura 10 prezintă morfologia urmelor de uzură ale celor două acoperiri din oțel inoxidabil după un an de expunere la stația Zhongshan, rezultatele scanării punctuale EDS fiind prezentate în tabelul 2. Lățimea urmei de uzură a acoperirii 316L a fost de 565,72 μm, în timp ce cea a acoperirii 2205 a fost de 495,71 μm, în concordanță cu pierderea de masă mai mare observată pentru acoperirea 316L. Din punct de vedere morfologic, ambele acoperiri au prezentat șanțuri de arat și straturi de transfer în urmele de uzură, indicând apariția uzurii abrazive și adezive. Stratul 316L a prezentat o prevalență mai mare a straturilor de transfer, uzura adezivă fiind mai proeminentă, în timp ce stratul 2205 a prezentat caneluri mai pronunțate, sugerând uzura abrazivă ca mecanism dominant. Straturile de transfer prezentau un conținut extrem de ridicat de oxigen, atribuit căldurii de frecare din timpul uzurii reciproce, care favorizează oxidarea elementelor pasivante precum Cr și Mo.

2.4 Comportamentul coroziunii electrochimice
Figura 11 prezintă curbele de polarizare potențiodinamică ale celor două acoperiri din oțel inoxidabil, cu parametrii electrochimici de coroziune enumerați în tabelul 3. După 1 an de expunere atmosferică la stația Zhongshan, curba de polarizare potențiodinamică a acoperirii 316L a prezentat o schimbare minimă a tendinței, deși potențialul de rupere a gropilor (E_b, inițial 536,8 mV, post-expunere 503,7 mV) s-a deplasat ușor mai devreme, iar densitatea de curent pasiv (i_p) s-a dublat. Intervalul de pasivare (ΔE) al acoperirii 2205 a rămas de aproximativ 1300 mV, dar i_p a crescut de la 2,455 μA-cm-² la 4,177 μA-cm-² post-expunere. După expunere, rezistența la coroziune a acoperirilor 316L și 2205 a scăzut în grade diferite, atribuită defectelor de suprafață induse de atmosfera corozivă din Antarctica.

Figura 12 prezintă rezultatele spectroscopiei de impedanță electrochimică (EIS) pentru cele două acoperiri din oțel inoxidabil. După un an de expunere atmosferică, diagramele Nyquist (figura 12a) ale acoperirilor 316L și 2205 au prezentat raze de arc capacitiv reduse, indicând o scădere a rezistenței la transferul de sarcină și a stabilității peliculei de pasivare. În diagramele Bode (figura 12b), modulul de impedanță (|Z|) la 0,1 Hz, care reflectă de obicei rezistența la polarizare a materialului în soluție, a scăzut după expunere pentru ambele acoperiri, ceea ce înseamnă o rezistență redusă la coroziune. În plus, un unghi de fază mai mare și o gamă mai largă în regiunea frecvenței medii indică o mai mare stabilitate a peliculei de pasivare. După expunere, unghiul de fază de frecvență medie al acoperirii 316L s-a îngustat și s-a diminuat, în timp ce cel al acoperirii 2205 a scăzut, de asemenea, reflectând o scădere a calității filmului de pasivare. Având în vedere prezența a două constante de timp în procesul de coroziune, a fost utilizat un model cu două straturi (inserția din figura 12a) pentru a ajusta datele, după cum se arată în tabelul 4. Impedanța stratului exterior poros (R_p) a fost semnificativ mai mică decât cea a stratului interior (R_c), indicând faptul că rezistența la reacția de electrod a acoperirilor a fost guvernată în principal de etapa de transfer de sarcină. După expunere, R_c a ambelor acoperiri a scăzut. În ciuda unei ușoare reduceri a rezistenței la coroziune după expunerea atmosferică din Antarctica, straturile acoperite cu laser au menținut o stare stabilă de pasivare și o rată scăzută de coroziune, continuând să ofere o protecție eficientă oțelului marin la temperaturi scăzute.

3 Concluzie

În această lucrare, acoperiri din oțel inoxidabil austenitic 316L și oțel inoxidabil duplex 2205 au fost pregătite pe substratul FH690 din oțel marin cu temperatură scăzută prin tehnologia de placare cu laser. Acoperirile au fost expuse la atmosferă timp de 1 an la stația Zhongshan din Antarctica. Au fost analizate efectul protector, microstructura, duritatea, frecarea și uzura, precum și comportamentul electrochimic la coroziune al celor două acoperiri. Rezultatele sunt următoarele:

(1) Pe suprafața acoperirii 316L au apărut ușoare pișcături, iar pe suprafața acoperirii 2205 a apărut o ușoară coroziune selectivă. Ambele acoperiri din oțel inoxidabil pot menține o structură de fază stabilă, care joacă un rol protector bun pe substratul din oțel FH690 și reduce rata de coroziune atmosferică a substratului.

(2) Microduritatea celor două acoperiri nu s-a schimbat aproape deloc; coeficientul de frecare a fost stabil la aproximativ 0,7, iar ratele de uzură ale acoperirilor 316L și 2205 au fost menținute la aproximativ 8,35 și, respectiv, 7,85×10-6 mm3-N-1-m-1; acoperirea 316L a fost supusă în principal uzurii adezive, în timp ce acoperirea 2205 a fost supusă în principal uzurii abrazive. Cele două acoperiri au fost capabile să mențină o rezistență mecanică și la uzură stabilă înainte și după expunerea în Antarctica.

(3) O cantitate mică de defecte de coroziune a fost generată pe suprafața celor două acoperiri, ceea ce a dus la o creștere a densității curentului pasiv, la un potențial de rupere timpurie a acoperirii 316L și la o scădere a impedanței filmului de pasivare a celor două acoperiri, dar acestea au fost încă capabile să mențină un efect bun de pasivare și o rată scăzută de coroziune.