摘要：马氏体不锈钢因高强、高硬、耐磨及耐蚀性佳，广泛应用于能源、交通、航空航天等领域。其性能受化学成分、回火参数、组织结构和腐蚀介质等因素影响。研究表明，Cr含量增加可降低屈服强度但提升抗点蚀能力；碳化物粗大或贫Cr易引发腐蚀失效。不同温度回火会导致碳化物析出差异，

马氏体不锈钢因高强、高硬、耐磨及耐蚀性佳，广泛应用于能源、交通、航空航天等领域。其性能受化学成分、回火参数、组织结构和腐蚀介质等因素影响。研究表明，Cr含量增加可降低屈服强度但提升抗点蚀能力；碳化物粗大或贫Cr易引发腐蚀失效。不同温度回火会导致碳化物析出差异，如500~600℃回火时富Cr碳化物析出会降低耐蚀性。降碳增氮可提高硬度与耐蚀性，而延长回火时间会加剧碳化物析出，恶化耐蚀性。特定回火温度下，逆变奥氏体含量与晶间腐蚀敏感性呈正相关。

表面处理如Cr2N涂层、硼碳共渗及氮化可显著提升耐蚀性。添加N、V等元素可延长点蚀萌生时间并优化钝化膜成分，而B添加能降低孔隙率并增强耐蚀性。环境因素中，静水压力升高可增强钝化膜稳定性，温度变化对耐蚀性呈非线性影响。选择性激光熔化制备的不锈钢耐海水腐蚀性能优于传统锻造工艺。

医疗领域马氏体不锈钢腐蚀行为受多因素影响，现有研究多集中于海洋及工业环境，生物环境研究较少。现有成果表明，复合涂层（如NiP/PTFE）能显著提升生物体液中的耐蚀性。

导读

张志英教授团队研究了马氏体不锈钢在模拟生物环境中的电化学性能，探讨了其在人体模拟环境中的耐腐蚀性能表现。研究涉及了化学成分、回火参数、组织结构和腐蚀介质对马氏体不锈钢性能的影响，以及表面处理和环境因素对耐蚀性的作用。此外，还分析了特定条件下马氏体不锈钢的电化学行为，为其在生物医学领域的应用提供了理论支持。该研究成果发表在2025年第45卷第2期《特种铸造及有色合金》期刊上，题目为：“马氏体不锈钢在模拟生物环境溶液中的电化学性能”

原文：「链接」

【研究方法】

3种马氏体不锈钢的化学成分见表1。利用CHI-660E电化学工作站进行电化学性能测试。参比电极为饱和甘汞电极（Saturated Calomel Electrode， SCE），对电极为石墨，工作电极为马氏体不锈钢试样。测试溶液为人工唾液和硼酸盐缓冲液。人工唾液含有0.4 g/L的NaCl、0.4 g/L的KCl、0.795 g/L的CaCl2·2H2O、0.69 g/L的NaH2PO4·H2O、0.005 g/L的Na2S·9H2O和1.0 g/L的尿素。硼酸盐缓冲液含有5.43 g/L的H₃BO₃、1.46 g/L的NaCl和5.69 g/L的B4Na2O7。在开路电位稳定60 min后，进行动电位极化测试，电位范围为-1.0~1.0 VSCE，扫描速率为0.33 mV/s。在开路电位稳定60 min后，进行电化学阻抗图谱测试，频率范围为10-2~105 Hz，振幅为5 mV，通过Zsimpwin软件对数据进行拟合。利用Olympus-BHM 363U型光学显微镜、Zeiss Ultra Plus场发射扫描电镜和X-Max50 X射线能谱仪研究PD测试后试样的腐蚀形貌和腐蚀产物，通过ESCALAB 250Xi型X射线光电子能谱仪研究EIS测试后试样的腐蚀产物。

【图文结果】

440C、BD1N、S35VN在AS和BBS溶液中的动电位极化结果见图1和表2。试样均发生钝化，耐蚀性良好。AS溶液中，440C的Ecorr最高、Jcorr最小、Epit较高、Jpit最小且钝化区宽度最大，耐蚀性最优；BD1N次之；S35VN各项参数最差。BBS溶液中，440C的Ecorr和Epit最高，Jcorr和Jpit最小，钝化区宽度最大，耐蚀性最佳；BD1N次之；S35VN的Epit-Ecorr仅0.508 V，参数最差。

图1440C、BD1N、S35VN在AS和BBS溶液中的动电位极化曲线

440C、BD1N、S35VN在AS和BBS溶液中的电化学阻抗分析见图2、图3及表3。Nyquist图显示容抗弧呈圆弧形，说明腐蚀过程主要由电荷转移控制，弧半径越大耐蚀性越好。Bode图低频区相角值越大则耐蚀性越佳。等效电路含Rs（溶液电阻）、Rf（钝化膜电阻）、Rct（电荷转移电阻）、CPE1/CPE2（电容元件）。CPE阻抗公式中n为0~1的偏差参数。文献研究不锈钢耐蚀性时采用了相同等效电路，Rct+Rf总和越大耐蚀性越好。AS溶液中440C各项参数最优，BD1N次之，S35VN最差；BBS溶液中BD1N最优，440C次之，S35VN仍最差。

图2440C、BD1N、S35VN在AS和BBS溶液中的电化学阻抗图谱

图3等效电路图

440C、BD1N、S35VN在AS和BBS溶液中动电位极化测试后的光学显微组织见图4，扫描电镜图和能谱分析结果分别见图5和图6。从图4可以看出，在AS溶液中，腐蚀程度为440C

图4440C、BD1N、S35VN在AS和BBS溶液中动电位极化测试后的光学显微组织

Fig.4OM images of 440C， BD1N， S35VN after potentiodynamic polarization tests in AS and BBS solutions

图5440C、BD1N、S35VN在AS和BBS溶液中进行动电位极化测试后的SEM图

Fig.5SEM images of 440C， BD1N， S35VN after PD tests in AS and BBS solutions

图6440C、BD1N、S35VN在AS和BBS溶液中动电位极化测试后的EDS分析结果

图7显示440C、BD1N、S35VN在AS和BBS溶液中电化学测试后，XPS分析表明Fe以Fe²⁺、Fe³⁺及单质态存在，Cr以Cr³⁺及单质态存在，O以O²⁻为主。腐蚀产物含FeO、Fe₂O₃、Cr₂O₃等。溶液中的阴极反应为吸氧反应（O₂+2H₂O+4e⁻→4OH⁻），阳极反应包括Fe/Cr的氧化反应（如Fe-2e⁻→Fe²⁺）。Cr³+、Fe²+/Fe³+的标准电极电位分别为-0.744、-0.44、-0.037 VSHE，电位越低腐蚀倾向越大。材料在溶液中形成Fe/Cr氧化物钝化膜，但Cl-可通过成相膜理论（穿透缺陷形成可溶物）和吸附理论（取代氧吸附）破坏钝化膜。Cr含量高（如440C含16.3% Cr）促进Cr₂O₃保护膜形成，C含量高（如S35VN含1.40% C）加剧电化学不均匀性。440C因高Cr、低C及含0.48% Mo耐蚀最优，S35VN因高C、低Cr耐蚀最差。

图7440C、BD1N、S35VN在AS和BBS溶液中电化学阻抗图谱测试后的X射线光电子能谱分析结果

【研究结论】

（1）440C、BD1N、S35VN马氏体不锈钢在人工唾液和硼酸盐缓冲液中均发生钝化，耐蚀性良好，电极过程受电化学反应控制。

（2）Cl-因半径小、穿透力强，与氧在金属表面竞争吸附，破坏钝化膜。440C腐蚀电流密度小、电位高，容抗弧半径和阻抗值最大，耐蚀性最佳，顺序为440C＞BD1N＞S35VN，腐蚀产物主要为FeO、Fe₂O₃、Cr₂O₃。

（3）高Cr含量促进Cr₂O₃保护膜形成，高C含量加剧电化学不均匀性。440C因Cr含量最高、C较低耐蚀性最好，BD1N因C最低、Cr较高次之，S35VN因C最高、Cr最低耐蚀性最差。

引用格式

张志英，龚焱龙，陈涛，等. 马氏体不锈钢在模拟生物环境溶液中的电化学性能［J］. 特种铸造及有色合金，2025，45（2）：166-173.

ZHANG Z Y，GONG Y L，CHEN T，et al. Electrochemical properties of martensitic stainless steels in simulating biological environments［J］. Special Casting & Nonferrous Alloys，2025，45（2）：166-173.

编辑/排版：江姗

校对：刘晨辉

审核：张正贺

来源：特铸杂志