電化學拋光(EP)通過選擇性地去除工件表面區域中的特定零件（如粗糙度和氧化物）形成鏡面狀表面。當電壓施加到酸性溶液中時，金屬表面上的離子溶解，留下鏡面。由于與機械拋光或聚焦離子束研磨相比，EP不施加可能嚴重改變金屬試件表面特征的外力和/或變形，因此它被廣泛用作制備金屬試件以進行精確顯微組織觀察的工藝。

雖然EP只是通過在陽極處向試件表面施加電流來引起電化學反應的過程；然而，有趣的是，已經觀察到在幾種亞穩奧氏體不銹鋼的電化學拋光過程中發生了顯著的α’馬氏體相變，盡管已有報道在電化學充氫過程中在陰極發生馬氏體相變。因此，本研究分析了α在電化學拋光過程中發生馬氏體相變的特點，并提出了其機制。

來自韓國浦項科技大學和首爾大學的學者研究發現，16Cr-5Ni亞穩奧氏體不銹鋼在電化學拋光(EP)過程中發生了顯著的馬氏體相變。通過電子背散射測量發現，隨著外加電壓的增加和放電時間的延長，α’馬氏體量增加。有趣的是，通過比較EBSD、X射線衍射儀和鐵氧體顯微鏡的測量結果，可以確定馬氏體相變發生在發生EP的表面。

用COMSOL多物理方法計算了不同外加電壓下的表面電荷分布，探討了電沉積誘發馬氏體相變的機理。為了準確地考慮樣品的表面形狀，本研究使用原子力顯微鏡測量了粗糙度的三維空間分布，并將其作為COMSOL多物理模擬的初始條件。

最后，通過反映表面電荷分布的第一性原理計算，得出結論：在電化學拋光過程中，由于表面電荷的積聚，導致應力誘發奧氏體不銹鋼表面的馬氏體相變，從而產生顯著的應力。

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圖1.用于粗糙度形態分析的原子力顯微鏡(AFM)圖像(a)30×30微米區域獲得的3D圖像，(b)3×3微米區域獲得的3D圖像，以及(c)3×3微米區域的Z軸高度分布等值線圖



圖2.不銹鋼表面粗糙度周圍發生的電化學拋光(EP)和氧化還原反應示意圖。



圖3.EP模擬模型概述(a)EP的設計模擬條件和尺寸，(b)不同定義的粗糙度及其相應的網格條件，以及(c)EP模擬的邊界條件



圖4.用于密度泛函計算的鐵結構的各種視圖(a)FCC(111)體結構的超晶胞，(b)分別顯示FCC(111)和BCC(110)面的超晶胞的俯視圖.



圖5.電處理條件對16Cr-5Ni-0.15C-0.1N-0.9Si-0.3Mn(wt.%)不銹鋼馬氏體相變的影響(a)在1150℃下1h退火的樣品的反極曲線和相圖，以及(b)不同電壓和不同電火花持續時間下馬氏體含量的電子背散射圖像.



圖10.面離子電荷密度(C/m2)轉化為面心立方(111)面上每個Fe原子的電子數的過程；計算的面上電子電荷密度可通過以下兩項除以面心立方(111)面上的電子數：面心立方(111)面上的面積和電子電荷量。



圖14.16Cr5Ni-0.15C-0.1N-0.9Si-0.3Mn(wt.%)不銹鋼的室溫真應力-應變曲線和加工硬化率曲線

在16Cr-5Ni-0.15C-0.1N-0.9Si-0.3Mn(wt.%)不銹鋼中，本研究發現了一種意想不到的α’馬氏體相變現象。用電子探針、X射線衍射儀和鐵氧體顯微鏡對電火花處理后的試件進行分析，發現α’馬氏體的形成主要集中在不銹鋼的末端表面。利用原子力顯微鏡定量分析了EP處理過程中表面粗糙度的形態特征，并對Rku、Rq和堿基長度數據進行了統計分析，以闡明電化學拋光處理過程中α’馬氏體的形成機制。

根據粗糙面的形狀和尺寸進行了多物理模擬，計算了電沉積過程中每個鐵原子通過粗糙面的電子數。通過密度泛函理論計算，確定了電子流入在晶格中產生的電致應力。通過對電化學拋光誘發應力下馬氏體相變相互作用能的分析，闡明了電化學拋光處理可以發生熱力學穩定的α’馬氏體相變。

審核編輯：劉清