基于電化學檢測裝置的淬硬鋼加工白層檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于淬硬鋼加工白層檢測領域，尤其涉及一種基于電化學檢測裝置的淬硬 鋼加工白層檢測方法。
【背景技術】
[0002] 淬硬鋼在加工過程中表面很容易形成一層組織及性能不同于基體材料的變質層， 經化學侵蝕后在光學顯微鏡下呈現白色，被稱之為"白層"。白層的化學成分與基體材料相 同，但微觀組織發生了明顯的變化（主要由晶粒非常細小的隱晶狀的馬氏體以及少量殘留 奧氏體和碳化物組成），使其具有特殊的物理力學性能。白層的硬度比基體材料高，有利 于提高零件的耐磨性，但是白層脆性很大，內部多微細裂紋，并常常伴隨著較大的殘余拉應 力，很容易導致微裂紋的萌生、擴展，引起材料大塊剝落或成為疲勞源，降低零件的疲勞壽 命或導致失效。
[0003] 白層的形成被認為與大的切削熱和塑性變形有關，一般來說，刀具磨損嚴重的情 況下更容易產生白層組織。實際生產中，白層厚度很薄，一般僅為幾微米，而且它的形成受 多種因素的影響，難以準確預測。因此，要了解零件表層是否具有白層及白層形態等信息， 現階段的通常做法是：對已加工零件進行切塊，取出一小塊材料進行研磨、拋光、化學侵蝕， 然后利用光學顯微鏡或掃描電子顯微鏡進行觀察、分析。這種破壞性觀察方法雖然能夠得 到確切的信息，但是費時費力，并且破壞零件結構，不適應實際生產中對于變質層的無損檢 測要求。
[0004] 迄今為止，人們還沒有發現針對淬硬鋼加工白層的有效檢測手段。電磁巴克豪森 噪聲法已經被用于磨削燒傷及熱處理缺陷的檢測，其原理基于這種缺陷受拉應力控制，而 且缺陷處材料硬度較小，應力和硬度的變化會反應在噪聲信號上。但是淬硬鋼白層比較薄 (通常幾個微米），遠小于巴克豪森噪聲法的最小探測深度，而且白層的出現，不僅伴隨著 表層硬度和應力的變化，化學元素、晶粒、位錯密度等方面均發生變化，這使得運用巴克豪 森噪聲法檢測白層變得困難，Ian S. Harrison的論文"Detecting white layer in hard turned components using non-destructive methods"證實了這一點。禍流法也可檢測導 電材料的表面和近表面缺陷，包括裂紋、夾雜、凹坑這類"顯缺陷"，而對于像磨削燒傷、熱處 理缺陷、相變、應力集中等這類"潛缺陷"，渦流檢測還不能成為有效的檢測手段。
【發明內容】
[0005] 為了克服現有技術的不足和局限性，本發明提供了一種基于電化學檢測裝置的淬 硬鋼加工白層檢測方法，通過測量工件材料和溶液接觸界面的電荷轉移電阻值，根據電阻 的大小來揭示具有不同表層微觀組織工件的電化學特點及耐腐蝕性能，達到淬硬鋼白層無 損檢測目的。
[0006] 為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
[0007] 一種基于電化學檢測裝置的淬硬鋼加工白層檢測方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟（1):選取待測淬硬鋼，并制作電化學檢測裝置；
[0009] 步驟（2):測量待測淬硬鋼的交流阻抗譜，求得電荷轉移電阻大小；
[0010] 步驟（3):判斷待測淬硬鋼表層是否存在白層組織；
[0011] 步驟（3. 1):預設待測淬硬鋼加工白層的表征值范圍；
[0012] 步驟（3. 2):若步驟（2)求得的電荷轉移電阻值在白層表征值范圍內，可判定此待 測淬硬鋼表層具有白層組織，若步驟（2)求得的電荷轉移電阻值的不在白層表征范圍內， 則此待測淬硬鋼表層沒有白層組織。
[0013] 所述電化學檢測裝置采用兩回路三電極檢測裝置，包括第一容器和第二容器，所 述第一容器和第二容器里均設有電解質溶液，第一容器與第二容器通過一連通橋相連通， 所述第一容器里設有工作電極和輔助電極，所述第二容器里設有參比電極。所有所述工作 電極具有相同的測試區域暴露面積；所述電解質溶液選用中性鹽溶液。
[0014] 所述電解質溶液溫度調整到設定工作溫度后保溫，然后將工作電極浸泡入所配制 電解質溶液中，準備進行電化學測量；所述工作溫度為室溫25°c。
[0015] 所述中性鹽溶液采用質量百分比濃度為3. 5 %的NaCl溶液。
[0016] 所述工作電極的引線部位均使用石蠟或環氧樹脂封裝保護。
[0017] 所述步驟（2)中求解電荷轉移電阻大小的過程為：電化學檢測裝置測量待測淬硬 鋼從浸泡起始后界面阻抗隨頻率的變化譜圖，形成阻抗譜曲線；然后，對阻抗譜曲線進行等 效電路擬合，求得電荷轉移電阻。
[0018] 所述步驟（3. 1)中預設待測淬硬鋼加工白層的表征值范圍的過程為：
[0019] 根據金相觀察獲得的待測淬硬鋼實際表層微觀組織信息，通過對待測淬硬鋼的電 荷轉移電阻值分布規律的分析，預設白層電化學表征值范圍。
[0020] 本發明的優點在于：
[0021] (1)克服了淬硬鋼加工白層難以準確無損檢測的難題，為運用電化學檢測裝置實 現快速原位無損檢測零件白層提供了技術支持。
[0022] (2)試驗方法易行，實驗裝置簡單，不僅能夠用于不同材料下產生的白層的檢測， 而且可以用于不同加工方式下（車削、銑削、磨削、電火花加工等）產生的白層的檢測，同時 可以從測量結果評估加工零件的耐環境介質腐蝕能力。
【附圖說明】
[0023] 圖la)為本發明的無明顯變化的待測淬硬鋼樣本；
[0024] 圖lb)為本發明存在黑層的待測淬硬鋼樣本；
[0025] 圖lc)為本發明存在不連續薄白層的待測淬硬鋼樣本；
[0026] 圖Id)為本發明的厚度2. 8ym白層的待測淬硬鋼樣本；
[0027] 圖le)為本發明的厚度3. 6ym白層的待測淬硬鋼樣本；
[0028] 圖2為本發明的電化學檢測裝置結構示意圖；
[0029] 圖3為圖la)~圖le)所示的樣本在3. 5%的NaCl溶液中的交流阻抗譜；
[0030] 圖4為圖la)~圖le)所示的樣本在3. 5%