321不锈钢电化学加工表面质量与耐蚀性协同提升机制研究

为解决传统机械加工导致的321不锈钢表面粗糙度高、耐蚀性差等问题，研究人员采用电化学加工(ECM)技术处理材料表面。结果表明，ECM处理15分钟后表面粗糙度降至0.24 μm，极化曲线显示腐蚀电位升高、电流密度降低，X射线光电子能谱(XPS)证实钝化膜中Cr2 O3 /Cr(OH)3 比例提升，形成致密钝化膜显著增强耐蚀性。该研究为精密器械制造提供了表面强化新方案。

　　

在工业应用中，321不锈钢因其优异的耐高温和抗氧化性能被广泛用于航空发动机部件、化工设备等关键领域。然而，传统机械加工会在材料表面留下刀具痕迹和微观缺陷，导致表面粗糙度升高（原始粗糙度达2.21 μm），在含Cl^-
的腐蚀环境中易引发点蚀，严重影响设备使用寿命。尽管已有研究探索电解液配方、磁场辅助等电化学加工(ECM)参数优化，但关于ECM处理后材料表面钝化膜演化及其耐蚀机制的系统研究仍属空白。

针对这一技术瓶颈，中国某高校研究团队在《Vacuum》发表论文，通过ECM技术处理321不锈钢表面，结合电化学测试、高分辨投射电子显微镜(HRTEM)和XPS分析，揭示了表面质量与耐蚀性的协同提升机制。研究采用圆柱形精密抛光机，以NaNO₃
电解液在15A/dm²
电流密度下处理样品，通过三维形貌仪监测粗糙度变化，并采用FeCl₃
溶液加速腐蚀实验对比机械加工与ECM处理样品的耐蚀性差异。

Experimental procedures
研究选用直径30mm的321不锈钢棒材，ECM处理区域为15mm长段，其余部分用绝缘胶带保护。通过控制处理时间（5-20分钟）获取不同表面状态的样品，采用电化学工作站测量极化曲线，HRTEM观察钝化膜截面形貌，XPS分析膜层化学成分。

Results and discussion
表面粗糙度分析显示，ECM处理11分钟后粗糙度稳定在0.24 μm，较原始表面降低89%。在FeCl₃
腐蚀实验中，机械加工样品出现宏观腐蚀坑，而ECM样品仅轻微变色。极化曲线表明ECM处理使腐蚀电位正移120mV，腐蚀电流密度降低一个数量级。HRTEM证实ECM样品表面形成50nm厚非晶态钝化膜，XPS显示Cr₂
O₃
含量占比提升至62%，其致密结构有效阻隔腐蚀介质渗透。

Conclusions
该研究证实ECM处理通过双重机制提升321不锈钢性能：一是直接消除机械加工缺陷降低表面粗糙度；二是促进Cr₂
O₃
主导的钝化膜形成，其中非晶态结构和高铬含量（Cr₂
O₃
/Cr(OH)₃
比例提升）协同增强膜层稳定性。该成果为航空航天关键部件的表面强化提供了可工程化应用的技术方案，同时深化了对ECM诱导金属表面钝化行为的理论认知。