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不锈钢点蚀是腐蚀领域最为经典的科学问题之一。基体的表面结构和钝化膜是决定点蚀性能的两个最基本方面。所以“建立基体表面结构特性与点蚀形核的联系”及“对钝化膜结构的认识”是丰富及完善点蚀理论的两个重要科学问题。 从腐蚀电化学角度来说，点蚀研究涉及了“阳极反应过程”和“阴极反应过程”。在微小尺度下阐明点蚀形核机制的结构相关性，了解钝化膜的结构特性，阐明点蚀形核过程中所涉及的阴阳极反应过过程，是深入认识点蚀形核机制的关键。本文以原位（外）环境透射电子显微术为主要研究手段，对上述问题进行了研究，主要研究结果包括以下三个方面: 1.课题组前期研究以316F不锈钢为研究对象，阐明了点蚀形核机制的结构相关性，发现弥散分布在MnS夹杂中的MnCr2O4纳米八面体引发了MnS的初始溶解。在此过程中发现MnCr2O4作为阴极反应的场所，其结构随着MnS的溶解也会发生变化。尖晶石结构氧化物表面的重构现象在锂电池等能源材料的应用中，对于其电化学性能也有着重要的意义。鉴于此，我们提取了模型体系对其结构演变过程进行了研究。利用水热法合成了纳米尺度尖晶石结构的Mn3O4氧化物，通过原位电子显微学方法，研究了Mn3O4在电子束辐照环境下的结构演变过程，通过控制辐照剂量，发现Mn3O4在尖晶石结构和岩盐结构间的可逆变化过程。通过循环伏安处理，发现Mn3O4表面发生了部分的表面重构，经傅里叶(FFT)变换和电子能量损失谱确认，提出了表面在电化学循环过程中由阴极还原过程生成MnO层，并在阳极反应过程中，通过溶解再沉积的机制生成MnO2最终产物。研究结果使我们对于尖晶石过渡族金属氧化物在复杂环境体系中的结构演变有了更加丰富的认识，对不锈钢点蚀过程中与结构演变相关的电化学反应过程也有了更加深刻的理解。 2.选取了以富铜相为主要特征的Super304H不锈钢作为研究对象，利用透射电镜，研究了富铜沉淀相的析出行为和腐蚀行为。发现与晶粒内部和普通大角度晶界相比，富铜析出相和NbC析出相在孪晶界附近析出密度更高;与大角度晶界相比，在孪晶界附近析出的富铜相其尺寸更小，NbC析出相可以起到有效钉扎晶界的作用。利用原位（外）环境透射电子显微方法，研究了富铜相在腐蚀溶解过程中其结构和化学成分的演变，发现其溶解后会使钝化膜连续，结合其电化学行为，证明富铜相的存在并没有明显损害不锈钢的腐蚀性能。并用TEM直接观察了固溶Cu元素从基体与钝化膜界面处富集到溶解的再分布情况，为含铜不锈钢在工业和医学等各个领域的应用提供了可靠的参考数据。 3.以单晶FeCr15Ni15单相奥氏体合金为研究对象，通过电子束辐照，在薄膜样品上切割新鲜的表面，探索性的研究了空气中形成的自然薄氧化膜在生长过程中其结构及成分分布信息，发现钝化膜生长经历吸附层、非晶层和基体团簇层三个阶段，并发现了Cr元素在超薄氧化膜中L3/L2的白边比的反常现象。通过这些实验观察，希望对于不锈钢钝化膜形成和长大理论提供实验数据上的参考和帮助。