纳米化对309不锈钢电化学腐蚀行为及腐蚀机理的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 叶威 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-04-25 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 王福会 |
| 关键词 | 纳米涂层 钝化 点蚀 过钝化 相组成 氢 |
| 其他题名 | Effects of Nano-crystallization on the Electrochemical Corrosion Behavior of 309 Stainless Steel |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 本文采用磁控溅射方法制备出309不锈钢纳米涂层，并且利用X-射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）及透射电子显微镜（TEM）对纳米涂层的微观结构进行分析。用动电位极化曲线、恒电位极化曲线、交流阻抗谱图等电化学方法及X-射线光电子能谱和电子探针微区分析技术系统地研究纳米涂层和309块体不锈钢在酸性溶液中的电化学腐蚀行为，探讨了纳米化对309不锈钢钝化行为、耐点蚀性能和过钝化行为的影响，以及相组成和氢对纳米涂层腐蚀行为及腐蚀机制的影响。本文较为全面地阐明了309不锈钢纳米涂层的电化学腐蚀行为，为纳米不锈钢涂层的应用提供了理论依据。 首先，研究了纳米化对309不锈钢钝化行为的影响。在0.25M Na2SO4 + 0.05M H2SO4溶液中，纳米化赋予了309不锈钢较好的自钝化能力。一旦形成钝化膜后，纳米涂层和块体不锈钢钝化膜的溶解速度相同。由于形成了具有相同电子结构，即p-n型半导体结构的致密钝化膜，且此钝化膜的化学稳定性相似，纳米涂层和块体不锈钢均表现出较好的耐蚀能力。 其次，研究了纳米化对309不锈钢的耐点蚀性能的影响。在0.5M NaCl + 0.05M H2SO4溶液中，纳米化除了改善不锈钢表面均匀化程度，还会提高不锈钢钝化膜中Cr元素的含量，改变不锈钢钝化膜的电子结构，降低钝化膜中的载流子密度，因此，纳米化能够提高309不锈钢的耐点蚀能力，降低不锈钢对氯离子的点蚀敏感性，是提高此高铬含量不锈钢在含Cl- 溶液中耐蚀能力的有效方法。 对比研究了块体不锈钢及纳米涂层在0.5M Na2SO4 (pH=2) 溶液中的过钝化行为，从而进一步认识纳米化对不锈钢腐蚀行为的影响。结果发现，几乎在整个过钝化区间，纳米涂层的阳极电流密度小于块体不锈钢的阳极电流密度，即纳米化提高了不锈钢在过钝化区的耐蚀能力。这是由于纳米化能改善309不锈钢表面Cr元素的均匀化程度；而且通过降低不锈钢过钝化膜的载流子密度抑制了过钝化膜中的离子传输过程，从而降低不锈钢过钝化膜的溶解速度，最终导致309不锈钢纳米化后耐蚀能力大大提高。 选择适当的溅射参数，制备单相(α)和双相(α+γ)的纳米不锈钢涂层，研究相组成对纳米不锈钢涂层电化学腐蚀行为的影响。在0.5M NaCl+0.05M H2SO4溶液中，与单相涂层相比，双相涂层的耐局部腐蚀能力较差。双相涂层中富Ni的奥氏体相在较高的电位下发生了过钝化现象，而后进入二次钝化区，使得钝化膜的保护作用减弱。因而，铁素体和奥氏体成分的差异导致了双相涂层内部的电化学不均匀性，这是引起两种涂层腐蚀性能差异的关键因素。同时，两种涂层形成的钝化膜具有相似的p-n型半导体结构，但双相涂层钝化膜较高的载流子密度降低了钝化膜的稳定性；而且双相涂层钝化膜的稳定性随着电位的增加而变差，耐蚀性能大大降低。 由于具有纳米晶的微观结构，纳米涂层为氢提供了大量的扩散通道，有利于氢进入纳米涂层基体内部。0.5M NaCl + 0.05M H2SO4溶液中钝化膜的形成过程中，纳米化增强了氢对钝化膜形成的延缓作用。充氢前后块体不锈钢钝化膜的半导体类型没有发生转变，而纳米涂层钝化膜的半导体类型则由未充氢前的p-n型转变为充氢后的n型，即纳米化有助于氢改变钝化膜的电子结构。充氢后纳米涂层钝化膜中OH-/O2-的比率增加比块体不锈钢钝化膜中OH-/O2-的比率变化更明显，导致原本耐点蚀能力很强的纳米涂层的耐点蚀能力大大降低，纳米化有利于氢提高钝化膜的点蚀敏感性。总之，氢对纳米涂层耐蚀性能的影响比块体不锈钢耐蚀性能的影响更为显著。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 124 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16951]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 叶威. 纳米化对309不锈钢电化学腐蚀行为及腐蚀机理的影响[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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