一、不锈钢定义
规范中的定义为:以不锈、耐蚀性为主要特性,且铬含量至少为10.5%,碳含量不超过1.2%的钢材。
不锈钢的耐蚀性主要是因为其在腐蚀介质中发生了钝化现象,表面形成一层钝化膜。
1、 钝化膜的形成
1970年Keir发现了钝化现象,直到20世纪六十年代布拜图提出后,人们对钝化才有了理论性的认识,钝化膜的形成非常复杂,通常认为:水分子参与钝化膜的形成;钝化是几个反应共同作用的结果,包括钝化膜的生长和金属的溶解;钝化的金属表面存在钝化膜。钝化膜的形成理论中以成相膜理论和吸附膜理论最具代表性。
(1) 成相膜理论
当不锈钢发生阳极溶解时,材料表面会形成一层致密性和覆盖性良好的保护膜,主要成分是金属氧化物。这层保护膜将基体与腐蚀介质隔离,延缓了金属溶解的速度,从而进入钝化状态。由于保护膜很薄而且具有电导性,因此当达到稳定态时,阳极溶解并不是完全停止,而是以很低的速度发生。很多金属钝化表面可以观察到成相膜,并可以测量其厚度和组成。
(2) 吸附膜理论
吸附膜理论认为金属钝化并不需要在表面形成固态膜,金属的钝化是因为基体表面生成含氧粒子的吸附层。这些吸附的粒子改变了金属与腐蚀介质的界面结构,导致阳极反应的活化能升高,金属的溶解能力降低,阳极电流密度下降。
2、钝化膜的组成及结构
对于钝化膜结构的研究,最为经典的是Macdonald等提出的双层结构膜结构,如下图所示。内层膜由基体金属直接氧化生成,结构致密、保护性好;外层为沉积膜,有内层的阳离子扩散至表面然后水解产生。实验证实了这种双层结构,内层为富铬氧化层,外层为富铁氧化层。同时,还有学者将钝化膜分为三层结构:最外层由Fe组成,中间层由Fe3O4构成,最内层由Cr2O3构成。
钝化膜的组成及结构可随着不锈钢的成分、腐蚀环境及时间等因素而发生变化。钝化膜厚度随腐蚀时间延长而增厚,实验前钝化膜厚度为2.68nm,576h后钝化膜厚度增加至9.15nm。铝合金在空气中形成的钝化膜厚度约为4nm,然而通过阳极极化可以使其增厚至400nm。
不同温度对Sanicro25钢氧化膜的影响情况如下图,600-700℃时,基体表面形成了非常薄的氧化膜,主要成分为Cr2O3。750℃时基体表面的氧化膜出现了较厚的双层氧化膜。内部由富Cr的氧化膜组成,外层由Fe3O4构成,而在Fe3O4的顶部出现一层薄薄的Fe2O3。Sanicro25在750℃条件下,最初形成的是保护性能较差的富Fe氧化层,经过长时间时效后,保护性更强的富Cr氧化层才在内部形成。
不锈钢表面抛光范围广,从普通的哑光处理到软抛光,到特定纹理图案和色彩的抛光处理,一直到高度镜面抛光。这为富有想象力的设计师带来更多选择。光亮抛光需注意不能产生刺眼的反光或反热等问题。建筑面向阳面和凹陷区在设计时需特别注意。
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目前建筑外墙领域采用大面积不锈钢板幕墙的案例不多,即使大面积采用,也往往不追求其高平整度,只表达强烈质感。
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