Understanding the efficacy of concentrated interstitial carbon in enhancing the pitting corrosion resistance of stainless steel

材料科学 溶解 腐蚀 碳纤维 合金 金属 冶金 共价键 点蚀 奥氏体 碳钢 金属键合 复合材料 化学工程 微观结构 复合数 物理 工程类 量子力学
作者
Tianshu Li,Szu‐Chia Chien,Zhe Ren,Wolfgang Windl,F. Ernst,G. S. Frankel
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier]
卷期号:221: 117433-117433 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2021.117433
摘要

By introducing a high fraction of interstitial carbon through low temperature carburization, the pitting corrosion resistance of austenitic stainless steel can be significantly improved. Previous work attributed this to strengthening of the passive film by carbon. Here, however, we present a paradigm shift by showing that carbon actually weakens the passive film but strengthens the bonding within the alloy by forming localized (covalent) bonds with the metal atoms (Fe, Cr, Ni). Accordingly, the enhancement in pitting resistance is a result of carbon reducing the metal dissolution rate in a local pit environment by many orders of magnitude, which extremely decreases the growth stability of a pit and prevents it from transitioning into stable growth. Electronic structure calculations confirm that carbon bonds to the metal atoms and that the metal–carbon bonds are 1.4 to 2.0 times stronger than the metal–metal bonds. These results suggest a new strategy for the design of corrosion resistant alloys, namely surface engineering by infusion of concentrated interstitials that form strong bonds with the matrix atoms.
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