晶粒尺寸梯度分布對316L不銹鋼耐腐蝕性能的影響

蔡鋒，方鐵輝

(湖南大學 材料科學與工程學院，長沙 410082)

當金屬材料的晶粒尺寸細化到納米級時，晶界原子大幅度增加，從而使材料具備優(yōu)異的力學性能，如高強度、高硬度、耐磨損以及優(yōu)異的抗疲勞性能等[1?4]，同時也顯著影響材料的耐腐蝕性能。LIU等[5]研究晶粒細化對納米金屬電化學腐蝕性能的影響時，發(fā)現(xiàn)晶粒細化可使元素的擴散速度加快，鈍化膜組成元素和

表面離子吸附性能發(fā)生變化，從而導(dǎo)致更快的鈍化膜形成速度，形成更致密的鈍化膜。晶粒細化對材料耐腐蝕性能的影響涉及多種因素，如晶粒尺寸[6?7]、環(huán)境[8?9]、處理工藝[10?11]、織構(gòu)[12?13]和雜質(zhì)濃度[14]等。因此，耐腐蝕性能與晶粒尺寸之間很難建立直接聯(lián)系。最近， RALSTON等[15]綜述了晶粒尺寸對材料耐腐蝕性能的影響，認為在活化環(huán)境中，晶粒細化導(dǎo)致耐蝕性能下降，而在鈍化環(huán)境中，晶粒細化導(dǎo)致耐蝕性能增強。目前的研究大多集中于晶粒尺寸均勻分布的塊體納米金屬材料，這種材料由于缺乏加工硬化能力，在無約束拉伸變形時塑性極其有限。而具備優(yōu)異強塑性匹配的納米金屬材料通常由不同尺度的微結(jié)構(gòu)構(gòu)筑而成，如孿晶，二元分布，納米梯度結(jié)構(gòu)等，其晶粒尺寸，或者說顯微結(jié)構(gòu)特征尺寸，分布在較寬的范圍內(nèi)。這種材料的晶粒尺寸分布直接影響其耐蝕性能。GOLLAPUDI[16]分析認為，晶粒尺寸決定鈍化膜的厚度、致密度和元素分布等，因此晶粒尺寸分布顯著影響鈍化膜的均勻性，從而影響材料的電化學腐蝕性能。經(jīng)模擬研究發(fā)現(xiàn)，當處于活化環(huán)境時，納米金屬的晶粒尺寸分布范圍越寬，則腐蝕電流密度越小，耐蝕性能越好；而在鈍化環(huán)境中則相反，晶粒尺寸分布范圍越寬，越不利于納米金屬的耐蝕。對這一研究結(jié)果尚未進行實驗驗證。綜上所述，晶粒尺寸分布影響材料耐腐蝕性能的關(guān)鍵在于改變鈍化膜的形態(tài)。然而實際材料中無法預(yù)測晶粒的大小及分布，且晶粒分布并無規(guī)律，因此不利于分析不同尺寸晶粒的交界面對鈍化膜的影響。本文作者采用表面機械碾壓(surface mechanical grinding treatment，SMGT)處理，在AISI 316L不銹鋼表面制備納米晶?粗晶梯度過渡結(jié)構(gòu)。通過透射電鏡和掃描電鏡分析過渡區(qū)內(nèi)的顯微結(jié)構(gòu)，利用電化學極化測試以及X射線衍射等著重分析過渡區(qū)鈍化膜的形態(tài)、元素分布、織構(gòu)以及殘余應(yīng)力等，揭示晶粒尺寸梯度分布影響材料耐腐蝕性能的機制。研究結(jié)果為改善混合結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性能提供理論基礎(chǔ)，同時為耐蝕材料的設(shè)計提供新的思路。

1 實驗

1.1 原材料及樣品制備

原材料為商用的粗晶(coarse-grained，CG)316L不銹鋼棒(平均晶粒尺寸為12.4 μm)，直徑為10 mm，長度為200 mm，化學成分(質(zhì)量分數(shù)，%)為：0.02C、0.05Si、1.19Mn、17.14Cr、10.16Ni、2.01Mo、0.347Cu、0.146Co和余量Fe。

采用表面機械碾壓的方法[17]在試樣表面制備寬度為10 mm的納米晶(nano-grained，NG)層，納米晶與粗晶之間晶粒尺寸梯度過渡(gradient)，過渡區(qū)的寬度約為400 μm，結(jié)構(gòu)如圖1所示。表面機械碾壓處理在型號為CK6130的數(shù)控機床上進行，刀頭材料為WC-Co，循環(huán)碾壓6道次，每道次工序的進給深度為20 μm，主軸轉(zhuǎn)速為100 r/min，進給速度為10 mm/min。

圖1 表面機械碾壓制備納米晶?粗晶梯度過渡結(jié)構(gòu)樣品示意圖Fig.1 Illustration of sample preparation

1.2 結(jié)構(gòu)與性能表征

在金相顯微鏡(型號為XTL-2003A)下觀察表面機械碾壓后的不銹鋼表面微觀組織。金相樣品經(jīng)電解拋光和電解腐蝕，電解拋光液是高氯酸體積分數(shù)為10%的酒精溶液，電解拋光的電流密度為 0.6～0.8 A/cm2，拋光時間為40 s。電解腐蝕液為草酸質(zhì)量分數(shù)為10%的水溶液，電流密度為0.2 A/cm2，腐蝕時間為60 s。用JEOM-3010 超高分辨透射電鏡(TEM)對納米晶區(qū)進行觀察，加速電壓為200 kV。為了制備納米晶的透射電鏡樣品，先從SMGT后的樣品表面剝離下納米晶層，然后從粗晶一側(cè)研磨至 30 μm厚，沖孔，并在電解拋光液中電解雙噴，利用 FEI QUANTA 200 環(huán)境掃描電鏡(SEM)配備的能譜分析(EDS)探頭對各樣品進行成分分析，并確定其腐蝕鈍化膜的元素組成與分布。用Rigaku MiniFlex X射線衍射儀(XRD)進行物相分析，掃描范圍為40°～140°，步長為0.02°。

用 HV-1000 維氏顯微硬度計連續(xù)測量納米晶?過渡區(qū)?粗晶的硬度分布，載荷為1.96 N(200 g)，加載時間為 10 s。多次重復(fù)硬度測試，以驗證重復(fù)性。

取粗晶、納米晶和晶粒尺寸過渡區(qū)樣品，在濃度為0.37 mol/L的FeCl3溶液中進行浸泡腐蝕實驗。實驗溫度恒定在50 ℃，浸泡時間分別為20 h和50 h，用光學顯微鏡觀察樣品表面腐蝕坑的形貌。

分別在粗晶、過渡區(qū)和納米晶區(qū)截取高度為3 mm的圓柱樣品進行電化學腐蝕實驗，所測區(qū)域為圓柱側(cè)面。需要注意的是，由于過渡區(qū)寬度不足3 mm，因此3 mm過渡區(qū)樣品中包含粗晶和納米晶。過渡區(qū)所占面積比例約為13%。在后續(xù)的實驗中為了凸顯過渡區(qū)的作用，另行制備高度為1 mm的過渡區(qū)樣品，將這一比例提高到40%。在圓柱形樣品的圓柱面中心位置連接銅導(dǎo)線以接通電源，兩個端面均用石蠟密封，對圓柱面進行電化學測試。電化學實驗采用上海辰華儀器有限公司生產(chǎn)的CHI660E電化學工作站，進行常規(guī)的三電極體系測試，輔助電極為鉑片，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，下文中提到的電壓E如無特殊說明，均為對照參比電極的電壓ESCE。選擇質(zhì)量分數(shù)為3.5%的NaCl溶液作為腐蝕介質(zhì)。進行開路電位測試前，首先將樣品在1 V恒電位下進行2 min還原，以除去表面的氧化物，然后撤除外電壓，持續(xù)測量其開路電位直至獲得穩(wěn)定的腐蝕電位。開路測試的時間為2 h。動電位極化測試以開路測試得到的腐蝕電位為基準，向負方向掃描0.2 V，向正方向掃描0.5 V(遇到擊穿現(xiàn)象馬上停止實驗)。掃描速度為0.001 mV/s，選擇自動靈敏度。

2 實驗結(jié)果

2.1 顯微組織及力學性能

圖2所示為機械碾壓處理后的316L不銹鋼表面金相組織和納米晶區(qū)的TEM照片。從圖2(a)可見左側(cè)未加工區(qū)域保持原始的粗晶組織，晶粒呈等軸狀。納米晶(NG)段晶粒因塑性變形而顯著細化，原始晶界破碎，形成均勻襯度。在粗晶與納米晶之間形成梯度過渡區(qū)域，不同區(qū)域之間沒有明顯的分界面。從圖2(b)可見粗晶(CG)區(qū)的晶粒呈等軸狀，晶界平直，平均晶粒尺寸為12.4 μm。從圖2(c)和(d)可知，納米晶?；境实容S狀，長徑比小于 2.0。晶界模糊不清，與嚴重塑性變形結(jié)構(gòu)類似。衍射呈均勻環(huán)狀，表明晶粒取向隨機分布。經(jīng)統(tǒng)計，納米晶的平均晶粒尺寸約為41 nm。

圖3所示為3個納米晶?過渡區(qū)?粗晶樣品的硬度分布。從圖中看出，所測3個樣品的硬度分布基本重合，表現(xiàn)出很好的重復(fù)性。粗晶區(qū)的硬度為(3.68±0.07)GPa，波動小，表明其組織均勻。納米晶區(qū)的硬度提高到(4.88±0.11) GPa。在粗晶與納米晶交界處，硬度從粗晶的3.71 GPa梯度過渡到納米晶的4.85 GPa。從圖3可知，過渡區(qū)的寬度約為400 μm。這個寬度大于圖2(a)所示光學顯微鏡觀察到的結(jié)構(gòu)變化寬度，這是由于塑性變形導(dǎo)致的位錯增殖、位錯微結(jié)構(gòu)等無法從光學顯微鏡中體現(xiàn)出來，但足以對硬度以及電化學腐蝕性能造成影響。

圖2 粗晶?過渡區(qū)?納米晶樣品的金相組織和納米晶區(qū)TEM明場和暗場圖Fig.2 Optical microstructures and TEM images of the CG-Gradient-NG sample

圖3 3個粗晶?過渡區(qū)?納米晶316L不銹鋼樣品的硬度分布Fig.3 Hardness distribution across CG-Gradient-NG of 316L stainless steel

2.2 浸泡實驗結(jié)果

圖4所示為納米晶、梯度區(qū)和粗晶區(qū)樣品在浸泡腐蝕前以及浸泡腐蝕20 h和50 h后的表面形貌。從圖4可見浸泡前所有樣品表面潔凈平整，表面質(zhì)量一致。在腐蝕液中浸泡20 h后，納米晶樣品率先出現(xiàn)穩(wěn)定的腐蝕坑(如圖4(b1)箭頭所指處)和大量的輕微腐蝕。輕微腐蝕坑在后續(xù)的腐蝕過程中不穩(wěn)定，可能繼續(xù)擴大形成穩(wěn)定腐蝕坑，也可能重新鈍化不再擴展。粗晶樣品表面也出現(xiàn)輕微腐蝕坑，但數(shù)量少于納米晶樣品，未發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定腐蝕坑。梯度區(qū)樣品不僅沒有穩(wěn)定腐蝕坑，輕微腐蝕也顯著少于納米晶和粗晶樣品。當浸泡時間延長到50 h時，納米晶和粗晶樣品表面穩(wěn)定腐蝕坑的尺寸明顯增加。此時，梯度區(qū)樣品表面出現(xiàn)穩(wěn)定腐蝕坑，但尺寸和數(shù)量均遠低于粗晶和納米晶樣品。結(jié)果表明，梯度區(qū)樣品在FeCl3溶液中的耐腐蝕性能優(yōu)于均勻粗晶和納米晶樣品。

圖4 納米晶、梯度區(qū)和粗晶區(qū)樣品在浸泡腐蝕前以及在6%FeCl3溶液中分別浸泡20 h和50 h后的表面形貌Fig.4 Surface morphologies of the NG, Gradient and CG regions before immersing (a1), (a2), (a3) and after immersing in 6%FeCl3 solution for 20 h (b1), (b2), (b3) and for 50 h (c1), (c2), (c3)

2.3 電化學測試結(jié)果

圖5所示為納米晶、梯度區(qū)和粗晶區(qū)樣品在3.5%NaCl溶液中的動電位極化曲線。從圖中看出，所有樣品均表現(xiàn)出自鈍化現(xiàn)象。其中，納米晶具有最大的自腐蝕電流密度和最低的腐蝕電位。納米晶樣品嚴重的塑性變形導(dǎo)致晶格缺陷如三叉晶界、位錯等，從而提高表面原子的自由能，在電化學腐蝕條件下表現(xiàn)出更高的腐蝕速率。另外，納米晶的點蝕擊破電位低于粗晶和梯度區(qū)。粗晶樣品的腐蝕電位和點蝕擊破電位分別為?199 mV和246 mV，與文獻報道的結(jié)果(?225 mV，275 mV)[18]一致。梯度區(qū)不僅具有最高的腐蝕電位，且自腐蝕電流密度也小于納米晶和粗晶區(qū)。同時，梯度區(qū)樣品的點蝕擊破電位高于納米晶和粗晶樣品。

從硬度和結(jié)構(gòu)分析可知，梯度區(qū)的寬度僅為400μm，在3 mm厚的樣品表面所占面積為13.3%。作為對比，厚度為1 mm的樣品中梯度區(qū)面積占樣品總面積的40%。從圖5可知，與厚度為3 mm的樣品相比，1 mm厚度樣品的自腐蝕電位和點蝕擊破電位更高，自腐蝕電流密度更小，即過渡區(qū)所占面積越大，樣品表現(xiàn)出更高的耐蝕性。

圖5 納米晶、梯度區(qū)和粗晶樣品在3.5%NaCl溶液中的動電位極化曲線Fig.5 Potentiodynamic polarization curves for NG , Gradient and CG sample in 3.5%NaCl solution

表1所列為根據(jù)動電位極化曲線得到的各樣品的腐蝕電位、自腐蝕電流密度和點蝕電位。從表中看出，納米晶樣品具有最低的腐蝕電位和點蝕電位以及最高的自腐蝕電流密度，分別為?229 mV、99 mV和0.137μA/cm2。粗晶樣品的耐蝕性能優(yōu)于納米晶樣品，與3 mm厚度的梯度區(qū)樣品相當。1 mm厚度的梯度區(qū)樣品具有最高的腐蝕電位、點蝕電位和最低的自腐蝕電流密度，分別為?4 mV，284 mV和0.036 μA/cm2，耐腐蝕性能全面優(yōu)于納米晶和粗晶樣品。

表1 納米晶、梯度區(qū)和粗晶樣品的腐蝕電位、腐蝕電流密度和點蝕電位Table 1 Electrochemical parameters of NG , Gradient and CG samples

3 分析與討論

3.1 晶粒尺寸梯度變化對鈍化膜的影響

不銹鋼的耐腐蝕性能由金屬表面1～3 nm厚的鈍化膜決定[19]，鈍化膜的質(zhì)量直接影響金屬的耐蝕性能。評估鈍化膜質(zhì)量的參數(shù)包括厚度、致密度與元素組成等。

鈍化膜的成核通常發(fā)生在位錯、晶界和三叉晶界處，這些位置被稱為活性位點?；钚晕稽c越多，鈍化膜的成膜速率越高[20]。塑性變形制備的納米結(jié)構(gòu)中存在大量缺陷，提供更多的活性位點，從而顯著提高鈍化膜的形核速率和生長速率。納米金屬材料鈍化膜的成核機理從漸進轉(zhuǎn)變?yōu)樗矔r[21]。圖6所示為納米晶、梯度區(qū)和粗晶樣品在3.5%NaCl溶液中的開路電位隨時間的變化曲線。從圖可知這3個樣品的開路電位具有相似的變化趨勢，即開路電位隨時間延長迅速增大，而后趨緩至保持不變。開路電位迅速增大意味著樣品表面形成氧化膜而導(dǎo)致自發(fā)鈍化。開路電位逐漸穩(wěn)定表明樣品表面已經(jīng)完全被鈍化膜覆蓋。自發(fā)鈍化期間，鈍化膜在樣品表面逐漸生長?？捎脜?shù)λ來表示鈍化膜的形成速率：

式中：ΔE為電勢差；Δt為持續(xù)時間。從式(1)可知λ等于開路電位?時間曲線的斜率。λ越大，則鈍化膜的成膜速率越高。從圖6計算出納米晶的λ最大，達到1.1×10?3V/s，與文獻[5]報道一致，即納米晶具有更高的成膜速率。SMGT處理在納米晶中形成大量晶格缺陷，鈍化膜首先在缺陷處形成，然后向整個表面擴散，直到表面完全被覆蓋為止。同時這些缺陷位置也是元素擴散的快速通道，加速鈍化膜的形成。因此，納米晶樣品的成核位置多，鈍化膜的形成速率高。粗晶樣品的λ最小，為4×10?4V/s，這與粗晶樣品中晶格缺陷相對較少有關(guān)。梯度區(qū)的λ值介于粗晶與納米晶之間。從圖6還看出各樣品表面被鈍化膜全部覆蓋的時間，即開路電位達到穩(wěn)態(tài)的時間。同樣，納米晶樣品所用時間最短而粗晶樣品用時最多，梯度區(qū)樣品介于二者之間。由此可見，鈍化膜的成膜速率僅與晶粒尺寸(間接影響元素擴散速率)有關(guān)，與晶粒尺寸分布無關(guān)，也與晶粒尺寸的空間分布無關(guān)。

圖6 納米晶、梯度區(qū)和粗晶樣品在3.5%NaCl溶液中的開路電位隨時間的變化曲線Fig.6 Open-circuit potential of the NG , Gradient and CG samples varied with time in 3.5%NaCl solution

耐腐蝕性能不僅與鈍化膜的形成速率有關(guān)，也與鈍化膜的質(zhì)量(致密程度、Cr含量和厚度等)緊密相關(guān)。有文獻報道，MnS的存在和Cr耗盡是產(chǎn)生不銹鋼點蝕的兩個原因[22]。HORVATH等[23]研究發(fā)現(xiàn)在濃度為0.1 mol/L的 NaCl溶液中，F(xiàn)e-Cr合金的點蝕電位隨鈍化膜中Cr含量增加而增加。圖7所示為納米晶、梯度區(qū)和粗晶區(qū)的EDS圖譜。從圖中看出，這3種樣品中Cr的摩爾分數(shù)分別為(18.28±2.96)%、(18.28±2.96)%和(18.06±3.13)%，Mn元素的摩爾分數(shù)分別為(5.15±1.73)%、(5.14±1.84)%、(4.85±1.64)%。3種樣品的鈍化膜中2種主要元素(Mn，Cr)含量略有差別，都在誤差范圍之內(nèi)。這表明鈍化膜中的Mn和Cr元素含量并未因晶粒尺寸變化而改變。由此可見，晶粒尺寸梯度變化也不會改變鈍化膜的元素組成。有研究表明，納米結(jié)構(gòu)表面具有更大的反應(yīng)活性，導(dǎo)致Fe的選擇性溶解和Cr的氧化，使納米晶上的鈍化膜具有更高的Cr富集度[24]。然而最近GUPTA[25]提出，室溫下納米晶不銹鋼中Cr的擴散系數(shù)偏低，以至于Cr元素的濃度差別過小，不會對不銹鋼的腐蝕行為產(chǎn)生明顯影響。LI等[20]研究證實納米晶和粗晶316L不銹鋼鈍化膜的形成過程相同，納米結(jié)構(gòu)的存在不會改變鈍化過程。

圖7 納米晶、梯度區(qū)和粗晶樣品的EDS圖譜Fig.7 EDS spectrum of NG (a), Gradient (b) and CG (c) samples

圖8所示為納米晶和粗晶不銹鋼的XRD譜。馬氏體的存在通常不利于鋼的耐腐蝕性能，從圖中看出納米晶和粗晶樣品均為單相奧氏體，即SMGT處理制備的納米晶中沒有產(chǎn)生馬氏體。從各峰強度的比值來看，粗晶樣品中存在退火織構(gòu)[26]，與之相比，納米晶各峰強度比值沒有明顯變化。這是因為納米晶多由孿晶轉(zhuǎn)變而來，而變形孿晶的(111)面基本平行于研磨表面。由此確定納米晶和粗晶樣品的耐腐蝕性能差異與織構(gòu)關(guān)系不大。粗晶的X射線衍射峰狹窄尖銳，而納米晶的衍射峰出現(xiàn)明顯寬化，衍射峰寬化源自晶粒細化以及塑性變形導(dǎo)致的微觀應(yīng)變。根據(jù)XRD譜計算出納米晶樣品的微觀應(yīng)變?yōu)?.641±0.043，粗晶樣品的微觀應(yīng)變基本為零。納米晶樣品中的微觀應(yīng)變使表面原子的自由能提高，導(dǎo)致耐腐蝕性能下降。而在梯度結(jié)構(gòu)區(qū)，晶粒尺寸平滑過度，有利于協(xié)調(diào)晶粒之間的塑性不匹配，微觀應(yīng)變呈現(xiàn)逐漸遞減的趨勢。另外，HUANG等[27]在梯度納米結(jié)構(gòu)316L不銹鋼表面上測到顯著的殘余壓應(yīng)力。以往的研究表明殘余壓應(yīng)力通常有利于材料的耐腐蝕性能。而在本文中納米晶表面具有最高的殘余應(yīng)力，但耐蝕性能最差。這表明殘余壓應(yīng)力不是影響316L不銹鋼點蝕過程的主要因素。

圖8 粗晶和納米晶樣品的XRD譜Fig.8 XRD patterns of CG and NG samples

3.2 晶粒尺寸梯度分布對腐蝕性能的影響

從電化學測試結(jié)果來看，梯度結(jié)構(gòu)區(qū)樣品的耐腐蝕性能優(yōu)于均勻納米晶樣品和粗晶樣品。然而，梯度區(qū)樣品表面鈍化膜的形成速度、元素組成、織構(gòu)、殘余應(yīng)力等與粗晶、納米晶樣品相比均無顯著差別，因此耐腐蝕性能提高歸因于晶粒尺寸梯度分布。根據(jù)WANG等[28]的研究，納米晶的鈍化膜較致密且均勻，而粗晶的鈍化膜則較疏松。本研究的實驗結(jié)果也證實，納米晶的鈍化膜具有更快的形成速率。相比之下，粗晶的鈍化膜比納米晶的鈍化膜更厚。雖然致密的鈍化膜有利于耐蝕性能，但很多實驗研究表明塑性變形制備的納米晶耐蝕性能低于粗晶。這是由于影響金屬耐蝕性能的還有晶格缺陷、鈍化膜的完整性以及殘余應(yīng)力等。HAO等[29]研究發(fā)現(xiàn)，表面納米化的316L不銹鋼點蝕性能顯著劣于粗晶不銹鋼。他們認為除了高密度的晶格缺陷以外，表面納米化過程中劇烈塑性變形引入的微裂紋、微孔洞等制備缺陷也是造成材料耐蝕性能下降的重要原因。納米晶鈍化膜在缺陷處形成不連續(xù)的界面，并成為電化學腐蝕中的薄弱環(huán)節(jié)，從而降低納米晶的耐點蝕性能。

在梯度納米結(jié)構(gòu)中，晶粒尺寸梯度分布，沒有微裂紋、微孔洞等制備缺陷，因此鈍化膜的完整性好。同時晶粒細化帶來的元素快速擴散增加了鈍化膜的厚度和致密度，從而有利于鈍化膜的耐腐蝕性能。此外，在大小晶粒交界處鈍化膜的連接由于應(yīng)力、應(yīng)變不匹配，容易形成界面，產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，從常規(guī)的電化學腐蝕轉(zhuǎn)為應(yīng)力腐蝕，加速微型裂紋的產(chǎn)生。而晶粒尺寸梯度分布可消除大小晶粒之間的應(yīng)力集中，形成連續(xù)穩(wěn)定的鈍化膜。這也是梯度區(qū)樣品耐蝕性能提高的原因之一。

4 結(jié)論

1) 經(jīng)過SMGT處理，在316L不銹鋼上制備晶粒尺寸為41 nm的均勻納米晶組織和晶粒尺寸由41 nm連續(xù)過渡到12.4 nm的梯度納米結(jié)構(gòu)。在化學浸泡實驗中，梯度區(qū)樣品在50 h出現(xiàn)穩(wěn)定腐蝕坑，明顯優(yōu)于均勻納米晶和粗晶樣品的20 h。電化學腐蝕實驗中，梯度區(qū)樣品的腐蝕電流、腐蝕電位、點蝕擊破電位等均優(yōu)于納米晶和粗晶樣品，即梯度區(qū)樣品具有更強的耐腐蝕性能。

2) 晶粒尺寸梯度分布不會改變成膜速度，對鈍化膜元素成分沒有顯著影響。梯度區(qū)樣品優(yōu)異的耐腐蝕性能源自其有效降低鈍化膜中的應(yīng)力集中，提高鈍化膜的完整性，同時兼具納米晶組織促進元素快速擴散形成致密鈍化膜的優(yōu)點，從而增強耐腐蝕性能。