提高材料的耐腐蝕性是預防或減緩腐蝕發生的根本措施。通過改變材料化學成分、結構組織等措施提高材料的耐腐蝕性成本是巨大的。由于材料的腐蝕是從表面開始，因此，人們從改變表面性能開始，提高材料耐腐蝕性。目前，材料表面改性的主要方法有熱處理、表面涂覆、電鍍、機械表面強化等。機械表面強化屬于物理強化的一種，具有成本低、綠色無污染、實用性強等特點。

1. 實驗設計

  為進一步研究超聲滾壓對材料性能的影響，特別是耐腐蝕性能的影響，浙江至德鋼業有限公司以S30408不銹鋼為實驗材料，以人工模擬的工業冷卻水為介質，進行了實驗研究。

  材料采用厚度為2mm的不銹鋼板，其化學成分見表7-1,采用超聲滾壓加工技術對材料的單面進行表面處理，材料加工前后外觀如圖7-2所示，經超聲表面滾壓后，用肉眼觀察，材料表面光潔度明顯增大，如同“鏡面”，但是也可以觀察到加工“刀痕”。對不同試樣，主要改變步距這個參數，工具頭的線速度和靜壓力均相等，分別是2m/min和0.1MPa,步距分別為0.05mm、0.10mm、0.15mm,0.20mm和0.25mm.隨著步距的減小，材料的光潔度增大，“刀痕”越來越不明顯。

2. 表面粗糙度

  為了研究超聲表面滾壓對表面質量的影響，首先采用光學顯微鏡觀察表面形貌，其次采用TR-200觸針式粗糙度檢測儀測Ra數值。放大200倍后，試樣表面形貌如圖7-3所示。其中，圖7-3(f)為原始試樣，表面條狀加工痕跡清晰可見；圖7-3(a)~(e)為不同步距下超聲滾壓后的表面形貌。從圖中可以看出，試樣表面滾壓而形成了光滑的金屬層，但是新形成的金屬表面還存在一定的缺陷，但隨著步距的減小，缺陷數量減少，尺寸減小。

  在試樣表面隨機選取3個位置進行粗糙度測試，取平均值作為最終結果，各試樣的Ra數值如表7-2所示。

  圖7-4為不同步距下超聲滾壓試樣表面粗糙度的變化。從圖中可以看出，加工步距對表面粗糙度有重要的影響，表面粗糙度隨著加工步距的減小而減小，表面粗糙度可降低到0.037μm.未處理表面粗糙度Ra為0.283μm,與未處理表面相比較，處理表面因被碾壓而形成光滑的金屬層，從而降低了表面粗糙度。

3. 表面硬度

  鍍層的硬度采用帶有金剛石壓頭的HV-1000型顯微硬度計來測定。其方法是用金剛石壓頭在鍍層表面壓一個四角棱錐形凹痕，在顯微鏡下放大400倍觀察。實驗時，加載載荷為0.1HV(0.9807N),持續時間10s.每個試樣測量3次，取平均值。圖7-5為硬度測量結果，未處理表面的硬度是210HV;超聲波處理后，材料的表面硬度最大可達317HV.從圖中可以看出，顯微硬度隨步距的減小而增大，但影響較小。硬度提高可歸因于晶粒細化、加工硬化及晶體組織變化的共同作用。

4. 耐腐蝕性

 采用電化學技術分析材料處理表面的耐腐蝕性能，測量了動電位極化曲線。實驗采用三電極體系：待測試樣為工作電極，氧化汞電極為參比電極，箔片電極為輔助電極。工作電極是尺寸為10mmx10mm的試樣，將銅線與試樣焊接，采用混合的A、B環氧樹脂封裝試樣，只保留超聲加工面為工作面。對于未處理試樣，采用300、500、800的砂紙打磨。封裝完后，所有試樣先采用去離子水超聲清洗，再采用酒精清洗風干，放干燥皿中備用，試樣如圖7-6所示。腐蝕介質是CaCl+NaHCO3配制成0.4g/L的CaCO3溶液，Cl-的含量為248mg/kg,pH值7.5~8.5.電化學實驗在室溫下進行，掃描速度為10mV/s.試樣的動電位極化曲線如圖7-7所示。

  從圖7-7中可以看出，經USRP處理的樣式，其維鈍電流密度減小，腐蝕速度降低。未處理試樣的腐蝕電位約為－179mV,加工步距為0.05mm和0.10mm的試樣腐蝕電位約為－160mV,加工步距為0.25mm的試樣腐蝕電位約為-210mV.從以上實驗數據可以看出，處理試樣的腐蝕電位和維鈍電流密度的變化規律與加工步距之間不成線性關系，因此，并不是粗糙度越小，耐腐蝕性越好。但是，加工步距為0.05mm的試樣（粗糙度值最小），腐蝕電位最大、維鈍電流密度最小，因此，其耐點蝕性能最好、腐蝕速率最小，與未處理試樣比較，工步距為0.25mm的試樣，其點蝕電位反而降低，這可能是在超聲表面加工過程中，造成鈍化膜的不均性引起的，如圖7-3(e)所示。

a. 表面粗糙度和硬度

   經超聲滾壓處理后，材料表面形成的新光滑的金屬層使表面粗糙度降低。表面粗糙度隨著步距的減小而減小，最小為0.037μm,與原樣比較，降低了87%.

b. 表面硬度提高

   試樣經USRP處理后，表面硬度最大可提高51%,但加工步距對表面硬度的影響較小。

c. 耐腐蝕性

   超聲滾壓表面處理使不銹鋼在循環水中的腐蝕電流密度降低。當加工步距為0.05mm時，S30408不銹鋼的耐腐蝕性最好，步距對耐腐蝕性能影響較小。