最近，中科院金屬所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室馬秀良研究員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)利用高分辨率的透射電子顯微技術(shù)，發(fā)現(xiàn)硫化錳夾雜中彌散分布著具有八面體結(jié)構(gòu)的氧化物(MnCr2O4)納米顆粒。在模擬材料使役條件下的原位環(huán)境（外）電子顯微學(xué)研究表明，這些納米氧化物的存在相當(dāng)于硫化錳中內(nèi)在的微小“腫瘤”。在一定的介質(zhì)條件下硫化錳的局域溶解正是起源于它與“腫瘤”之間的界面處，并由此逐步向材料體內(nèi)擴(kuò)展。研究還表明，氧化物納米八面體使得硫化錳的局域溶解存在有速度上的差異。在此基礎(chǔ)上，該研究小組與英國(guó)貝爾法斯特女王大學(xué)的胡培君教授合作，確定出那些具有強(qiáng)的活性、易使其周圍硫化錳快速溶解的氧化物納米八面體具有以金屬離子作為其外表面的特征（類“惡性腫瘤”）；相反，較低活性的納米八面體則以氧離子作為其外表面（類“良性腫瘤”）。這一發(fā)現(xiàn)為揭示不銹鋼點(diǎn)蝕初期硫化錳溶解的起始位置提供了直接的證據(jù)，使人們對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕機(jī)理的認(rèn)識(shí)從先前的微米尺度提升至原子尺度，為探索提高不銹鋼抗點(diǎn)蝕能力的新途徑提供了原子尺度的結(jié)構(gòu)和成分信息。這項(xiàng)研究成果已于2010年6月16日在《Acta Materialia》在線發(fā)表。（相關(guān)鏈接http://dx.doi.org/10.1016/j.actamat.2010.05.043）
不銹鋼的表面因形成致密的氧化鉻薄膜而具有高抗腐蝕能力，得以廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域以及日常生活。然而，在抗均勻腐蝕的同時(shí)，不銹鋼的局部點(diǎn)狀腐蝕（即“點(diǎn)蝕”）卻難以避免。點(diǎn)蝕的發(fā)生起始于材料表面，且經(jīng)過(guò)形核與長(zhǎng)大兩個(gè)階段，最終向材料表面以下的縱深方向迅速擴(kuò)展。因此，點(diǎn)蝕破壞具有極大的隱蔽性和突發(fā)性。特別是在石油、化工、核電等領(lǐng)域，點(diǎn)蝕容易造成管壁穿孔，使大量油、氣泄漏，甚至造成火災(zāi)、爆炸等災(zāi)難。自上世紀(jì)三十年代開始至今，人類對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕形核機(jī)制的探索就從未間斷，點(diǎn)蝕成為材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中的經(jīng)典問(wèn)題之一。盡管已普遍認(rèn)為，點(diǎn)蝕的發(fā)生起因于不銹鋼中硫化錳夾雜的局域溶解，但由于缺乏微小尺度的結(jié)構(gòu)與成分信息，點(diǎn)蝕最初的形核位置被描述為“隨機(jī)和不可預(yù)測(cè)的”。點(diǎn)蝕初始位置的“不明確”一直制約著人們對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕機(jī)理的認(rèn)識(shí)以及抗點(diǎn)蝕措施的改進(jìn)。
微米尺度的氧化物夾雜物會(huì)損傷鋼鐵材料的機(jī)械性能早已為人們普遍關(guān)注，并已經(jīng)得到了有效控制，例如在冶金技術(shù)上通過(guò)減小非金屬夾雜物的尺寸，獲得“超潔凈”鋼。馬秀良等的研究表明，即使將氧化物的尺寸減小至納米量級(jí)，它們?nèi)钥赏ㄟ^(guò)電化學(xué)途徑損害材料結(jié)構(gòu)。因此，小尺度氧化物夾雜在傳統(tǒng)（或新型）金屬材料中的形成與作用值得關(guān)注，這將對(duì)改進(jìn)在一定介質(zhì)條件下長(zhǎng)期服役的金屬材料和生物醫(yī)用材料的使役行為具有重要意義。
圖示：在鹽水作用下不銹鋼點(diǎn)蝕初期硫化錳局域溶解位置的確定。通過(guò)顯微結(jié)構(gòu)及成分分析確定出硫化錳內(nèi)含有彌散分布的具有尖晶石結(jié)構(gòu)的氧化物(MnCr2O4)納米顆粒。硫化錳的局域溶解正是起始于它與該氧化物顆粒的界面，并由此逐步向材料體內(nèi)擴(kuò)展。這些氧化物納米顆粒通常具有特定的八面體外形。
