體育器材用鋼的耐腐蝕性能試驗分析

鄧彭沖

( 中共陜西省委黨校（陜西行政學院）文化與科技部，陜西西安710061)

在社會人民生活水平逐步提升的趨勢下，人們對于生活質(zhì)量的要求也不斷提高，基于滿足日常生活物質(zhì)條件，人們開始注重身體健康保護，近年來，越來越多的人參與到了體育鍛煉中，體育運動形式也趨向于多元化，這就進一步提高了對體育器材的要求。若是體育器材用鋼耐腐蝕性較差，很容易導致器材短時間內(nèi)失效，從而影響器材使用壽命。所以當前體育器材通常都明確要求必須具備良好耐腐蝕性，特別是在室外與沿海潮濕腐蝕環(huán)境下。目前在實際情況下，一般都以涂裝方式進行體育器械表面處理，但是在涂裝被破壞之后，基體材料依舊會被腐蝕，從而失效［1］。因此，本文基于具體需求與性能要求，面向體育器材用鋼進行了耐腐蝕性能試驗研究。

1 體育器材

就體育器材性質(zhì)可以劃分為自備器材、場地器材、指定器材、其他器材四種類型。其中自備器材是運動員所使用器材，即運動服、帆船、球拍等；指定器材是參加競賽的雙方共同所用器材，為防止分歧，競賽開始前需明確指定器材生產(chǎn)商、型號、品牌等；場地器材是訓練與競賽場館所使用裝備設(shè)施器材，即裁判用具與裝備球架等；其他器材是非競賽用器材，即健身活動與體能訓練器材［2］。

就體育運動項目分類，實際上就是將與相同類型運動項目有關(guān)的裝備與器材劃分成相同類型，即舉重、田徑、冰雪等器材。

就體育器材用途可具體劃分為國防軍事體育器材、競技體育器材、健身健美器材、民用體育器材、輔助性器材等［3］。

2 試驗材料簡介

通過寶鋼分公司熱軋廠制備對比鋼與試驗鋼，對比鋼即碳素鋼，試驗鋼則為耐候鋼，坯料加熱溫度設(shè)定為1255℃/4h，以兩個階段進行制備，第一階段的開軋溫度設(shè)定為1155℃，終軋溫度設(shè)定為1065℃；第二階段的開軋溫度設(shè)定為930℃，終軋溫度生為830℃，開冷溫度設(shè)定為790℃，返紅溫度設(shè)定為580℃，冷速設(shè)置為19℃/s，以此制備生成28mm 厚的鋼［4］，對比鋼與試驗鋼的化學組分具體如表1 所示。其中金相組織均是鐵素體與珠光體相結(jié)合。

表1 對比鋼與試驗鋼化學組分（質(zhì)量分數(shù)/%）Tab.1 Composition of steels

3 試驗方法簡介

加工制備對比鋼與試驗鋼為40mm×120mm×3mm樣品，表面通過砂紙打磨與機械拋光之后，清洗干凈，并吹干以備用。以暴曬與澆水相結(jié)合的方式面向?qū)Ρ蠕撆c試驗鋼樣品，開展大約12 周的室外加速腐蝕試驗，樣品放置在陽光比較充足的位置，每日按時澆水，室外溫度大約25℃左右，在試驗開展到第8 周之后，停止不再澆水，然后自然放置4 周之后，結(jié)束試驗。

以數(shù)碼相機拍攝室外加速腐蝕之后樣品的宏觀形貌；以X 射線衍射儀器測試腐蝕產(chǎn)物的物相；以掃描電鏡觀察樣品的表面形貌；以電化學工作站測試對比鋼與試驗鋼的電化學性能，以樣品作為工作電極，Pt 作為輔助電極，飽和甘汞作為參比電極，3.5%NaCl 溶液作為腐蝕介質(zhì)［5］。

4 結(jié)果分析

4.1 宏觀形貌分析

不同加速腐蝕時間后，對比鋼與試驗鋼腐蝕的宏觀形貌［6］如圖1 所示。

圖1 不同時間后對比鋼與試驗鋼腐蝕的宏觀形貌Fig.1 Macro morphology of corrosion of compared steel and test steel after different time

由圖1 可知，對于對比鋼與試驗鋼而言，在室外通過加速腐蝕之后，表面都發(fā)生了明顯銹層形態(tài)，然而不同腐蝕時間之后，銹層顏色也存在顯著差異。其中1 周加速腐蝕時間下，對比鋼與試驗鋼的表面銹層都呈現(xiàn)為黃褐色、淡黃色等；在4 周加速腐蝕時間下，對比鋼與試驗鋼的表面銹層都轉(zhuǎn)換成為了青黑色；在8 周加速腐蝕時間下，表面銹層又變成了紅棕色，在8 周之后，二者表面形貌越來越相似。

4.2 銹層厚度分析

不同時間后對比鋼與試驗鋼腐蝕的銹層厚度均值［7］見如表2。

表2 不同時間后對比鋼與試驗鋼腐蝕的銹層厚度均值（單位為：μm）Table 2 Mean values of rust layer thickness of steels corrosion after different time

由表2 可知，腐蝕1 周時間之后，對比鋼與試驗鋼表面的銹層厚度相對較薄；腐蝕8 周時間之后，對比鋼與試驗鋼表面的銹層厚度明顯加厚；腐蝕12 周時間之后，兩種鋼的表面銹層厚度出現(xiàn)了快速增加形勢；對比鋼與試驗鋼表面的銹層顯著增加，然而試驗鋼表面銹層致密度較高，對比鋼表面銹層則相對疏松，局部銹層甚至因為脫落變得更加稀薄，厚度也隨之下降。

4.3 表面形貌分析

以掃描電鏡進行形貌分析，不同時間后對比鋼與試驗鋼腐蝕的表面形貌［8］如圖2 所示。

圖2 不同時間后對比鋼與試驗鋼腐蝕的表面形貌Fig.2 Surface topography of corrosion of steels after different time

由圖2 可知，在通過室外加速腐蝕之后，對比鋼與試驗鋼表面的銹層都表現(xiàn)出了凹凸不平的顯著特征，對比鋼經(jīng)過12 周腐蝕之后，表面依舊可以看到些微裂縫，這是由于銹層變形能力相對不足，在不同區(qū)域，氧濃度與水含量存在差異，如此脫水時，便會生成內(nèi)應(yīng)力，導致銹層出現(xiàn)裂紋。相對來講，試驗鋼通過12 周腐蝕之后，表面依舊可以看到致密度較高的氧化物，并未出現(xiàn)明顯裂縫，這是由于試驗鋼內(nèi)存在Cr、Cu、Ni、Mo 等相關(guān)元素，可以幫助銹層表面生成致密尖晶石氧化物，以此降低表面能，限制表面裂縫與孔洞等缺陷發(fā)生。致密度較高的銹層可有效防止外界的腐蝕性介質(zhì)侵蝕基體，但是過于疏松，且孔洞較多的銹層則會演變?yōu)橥饨绺g性介質(zhì)侵蝕基體的載體，無法有效保護基體，所以，相較于對比鋼，試驗鋼的耐腐蝕性能更佳。

4.4 電化學性能分析

于3.5%NaCl 溶液內(nèi)對比鋼與試驗鋼的動電位極化曲線［9］具體如圖3 所示。

圖3 對比鋼與試驗鋼的動電位極化曲線示意圖Fig. 3 Potentiodynamic polarization curve of corrosion of ssteels

基于此，對比鋼與試驗鋼的動電位極化曲線擬合結(jié)果［10］見如表3。

表3 對比鋼與試驗鋼的動電位極化曲線擬合結(jié)果Table 3 Fitting results of test steel and comparison steel potentiometric polarization curves

分析可知，就腐蝕之前的裸鋼樣品而言，試驗鋼腐蝕電位更正，電流密度更??；在腐蝕8 周與12 周之后，試驗鋼比對比鋼的腐蝕電位更正，電流密度更小?；诩扔醒芯课墨I可知，腐蝕電位越正，腐蝕的傾向就會越小，但是腐蝕電流密度越小，腐蝕的速度就會越慢，因此不論試驗鋼裸鋼樣品或通過不同時間腐蝕之后的樣品，都比對比鋼的耐腐蝕性更好，其與上述試驗結(jié)果相一致，主要是由于試驗鋼中所包含的微量元素，可在很大程度上提升鋼的耐腐蝕性，并且腐蝕之后，表面銹層的致密度更高，穩(wěn)定性更良好，同時有助于保護基體不受侵蝕。

5 結(jié)語

本文通過體育器材用鋼的耐腐蝕性能試驗分析，得出：對比鋼與試驗鋼在室外通過加速腐蝕之后，表面都發(fā)生了明顯銹層形態(tài)，然而不同腐蝕時間之后，銹層顏色也存在顯著差異；腐蝕1 周時間之后，對比鋼與試驗鋼表面的銹層厚度相對較薄，腐蝕8 周時間之后，對比鋼與試驗鋼表面的銹層厚度明顯加厚，腐蝕12 周時間之后，兩種鋼的表面銹層厚度出現(xiàn)了快速增加形勢；經(jīng)過4 周時間的自然放置之后，對比鋼與試驗鋼表面的銹層顯著增加，然而試驗鋼表面銹層致密度較高，對比鋼表面銹層則相對疏松，局部銹層甚至因為脫落變得更加稀薄，厚度也隨之下降；就腐蝕之前的裸鋼樣品而言，試驗鋼腐蝕電位更正，電流密度更小，在腐蝕8 周與12 周之后，試驗鋼比對比鋼的腐蝕電位更正，電流密度更小，而腐蝕電位越正，腐蝕的傾向就會越小，但是腐蝕電流密度越小，腐蝕的速度就會越慢，因此不論試驗鋼裸鋼樣品或通過不同時間腐蝕之后的樣品，都比對比鋼的耐腐蝕性更好，且腐蝕之后，表面銹層的致密度更高，穩(wěn)定性更良好，同時有助于保護基體不受侵蝕。