作为一种关键的结构材料，316L不锈钢因其优异的机械性能和耐腐蚀性而被广泛应用于航空航天、海洋工程、化学加工和生物医学设备等领域[[1], [2], [3]]。然而，其在严苛使用环境中的性能受到严重限制，特别是在含有氯离子的环境中[4]。表面的钝化膜可能由于与Cl-等侵蚀性离子的化学和电化学反应而破坏[5,6]。这种破坏可能导致点蚀和应力腐蚀开裂[[7], [8], [9], [10]]。这种局部腐蚀会严重降低这些结构材料的机械性能和延展性[11]，是导致设备意外故障的主要原因，带来严重的安全风险并造成巨大的经济损失。因此，开发有效的策略来提高316L不锈钢的耐腐蚀性，特别是对抗点蚀，仍然是一个重要的研究目标。
氮合金化是一种非常有效的方法，可以改善奥氏体不锈钢的点蚀抗性，因为它稳定了奥氏体相并提高了耐腐蚀性[3,7,[12], [13], [14]]。大量研究表明，氮不仅减少了钝化膜内的缺陷密度[7,13,[15], [16], [17]]，还增厚了钝化膜，并增加了表面附近的保护性铬氧化物[14,16]。这些变化通过减少亚稳态坑的起始、加速再钝化以及抑制坑的生长来提高性能。氮的有益机制是多方面的[[18], [19], [20]]。例如，溶解的氮可以在活性坑内还原为铵离子（NH4+）[7,14,16,21]，这消耗了质子，从而减缓了局部酸化，进而减缓了坑的生长。此外，据报道氮与其他合金元素（如Mo）协同作用，进一步稳定了钝化膜。氮的显著有益效果通过点蚀抗性等效数（PREN = %Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N）[8,22]来量化，表明即使少量的氮也能显著提高点蚀抗性。
表面氮化是另一种提高316L不锈钢性能的有效方法[13,23]。然而，传统的氮化方法受到氮在常压下在钢中溶解度低的限制[15,24]。常见的方法，如高温气体氮化、盐浴氮化和等离子氮化，需要超过400°C的温度来激活氮向钢基体的扩散[15,[24], [25], [26], [27], [28]]。这种高温过程不仅消耗大量能量，还可能导致铬氮化物的形成。铬氮化物的沉淀会耗尽钢基体中的铬，从而降低其耐腐蚀性[28]。这一重大缺点促使人们广泛研究低温氮化。已经探索了多种策略来在较低温度下增强氮的扩散，包括创建更多的晶界以促进扩散动力学，通过构建纳米晶态近表面[29]，去除阻碍扩散的自然钝化膜[30]，以及加入稀土催化剂[31]。尽管这些方法提高了效率，但在不进行大量加热的情况下实现深度和有效的氮化仍然是一个重大挑战。这主要是因为氮在低温下的扩散率极低。
为了克服这种强烈依赖于温度的动力学限制，必须在固液界面引入其他驱动力。电化学方法通过施加电势来主动将氮物种引入金属，为低温表面处理提供了一种有前景的方法。Burstein等人[32,33]证明，在加热的NaNO2溶液中对不锈钢施加阳极/阴极电位脉冲可以改变表面微观结构。这些变化归因于氮物种的掺入。因为亚硝酸盐离子（NO2-）的电化学还原可以在阴极表面产生活性氮原子（[N]）[34]。然而，一个关键挑战是，这些活性氮原子在扩散到金属基体之前有很强的倾向重新结合成惰性气体N2。这种复合显著降低了表面活性氮原子的浓度。因此，无法建立强烈的浓度梯度。然而，根据菲克第一定律，浓度梯度是向内扩散的本质驱动力。这一限制可能解释了为什么之前的低温电化学研究只导致了轻微的表面变化，而没有显著提高耐腐蚀性[33,35]。虽然其他研究已经探讨了使用电场来增强氮化[36]，但很少有研究探索使用高压来防止氮原子复合的方法。施加高氮压可以从动力学上抑制复合过程，从而防止氮气的形成，并在反应前沿保持高浓度的活性氮原子。
本研究探讨了一种新的高压电解质电化学氮化工艺，以克服上述限制。假设在高压氮条件下的电化学处理可以抑制活性氮原子的复合反应。这种抑制作用保持了表面足够的活性氮浓度，从而促进了其有效地扩散到316L不锈钢中。评估了处理后钢材的耐腐蚀性，并分析了其表面结构和化学成分的变化。这项研究提供了关于压力和电化学协同效应的新见解，提供了一种低能耗的方法来提高316L不锈钢的耐腐蚀性。
