摘要
本文以20CrMnTi高强钢为主要研究对象，经超声表面滚压强化(USRP)处理，形成具有高残余应力的梯度强化层，引起电化学性质发生根本改变，产生不同于基体组织的局部腐蚀行为。采用扫描电镜（SEM）观察表层组织形貌，透射电镜（TEM）表征位错密度，EBSD技术表征梯度形变层的晶粒细化，极化曲线表征表层组织的电化学行为。扫描开尔文探针力显微镜（SKPFM）测量梯度层的Volta电势，分析位错密度、残余应力与Volta电势的关系，进而反映梯度强化层的电化学活性，而此研究未见相关报道。因此，采用在电子功函上研究相对成熟的铜材料以探讨SKPFM技术的测试参数和样品表面状态对Volta电势的影响出发，在理论上证明SKPFM技术表征20CrMnTi高强钢梯度强化层的可行性。具体研究结果如下： （1）20CrMnTi钢经超声表面滚压处理后，表层晶粒得到细化，随滚压压力提高，细化程度增强，位错密度增大；在弱腐蚀环境下，表层组织的腐蚀速率随滚压压力的提高而加速，表现为维钝电流密度上升且钝化区间缩小。 （2）SKPFM测得的Volta电势受测试参数和样品表面状态的影响。Volta电势随样品与探针间距离的增大而减小，在10nm处达到最大值；铜经变形后导致位错密度提高，Volta电势差降低（偏置电压施加于样品），且降低幅度随变形量的增大而增大，但经化学侵蚀后，变形累积的储存能释放，造成Volta电势升高；钝化膜类型影响样品表面的Volta电势，20CrMnTi钢经浓硝酸氧化处理后，Volta电势差减小（偏置电压施加于探针），反应活性降低，但经3.5%氯化钠溶液浸泡处理以及苦味酸溶液腐蚀后，Volta电势提高，腐蚀反应活性增强。 （3）SKPFM是一种表征梯度强化层电化学极性的有用方法，梯度形变层的塑性变形区，位错密度升高造成电子功函降低，Volta电势差增大且出现局部波动，导致电化学反应趋势增强，局部腐蚀活性增大。沿深度方向，塑性变形量减小，Volta电势差降低。弹性变形区，残余拉伸应力使电子活性增强，电子功函降低，导致Volta电势差高于基体未变形区；但残余应力对Volta电势的影响远小于位错密度的影响。
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