离子注入在铅、镍和铝腐蚀与防护中的应用

摘要

离子注入技术作为金属表面处理的一种新技术，其独特的优点将越来越为人们所注意。该文通过离子注入在金属防腐、电极改性方面的应用，来说明离子注入技术在金属表面处理中的优越性。 该文借鉴通量传递的方程，创新地提出了离子注入过程的传热方程，并推导出描述试样温度的公式，得到了不同条件下离子注入所允许的时间最大值的计算方法。 该文研究了钛离子注入剂量及加速能量对铅和铅-4％锑合金腐蚀行为的影响。钛离子注入有利于抑制铅腐蚀的阳极过程，但加速了氢的析出。在钛的注入剂量过高时，钛表面浓度很大，其偏析严重，可在表面上形成新的微电池，促进腐蚀发生，同时也降低了氢析出过电位，因而加快了铅在硫酸中的腐蚀，但若钛离子的注入剂量太小将使钛在表面保护层中的浓度降低，从而达不到较好的防腐蚀效果。 采用控制电流暂态技术研究可知，在不同钛注入剂量下，在铅表面上氢析出过电位的减小比在铅-4％锑表面上更为严重，特别是当钛离子注入剂量超过5×1016atoms.cm-2时，在铅表面上氢析出过电位的减小更加迅速，而在铅-4％锑合金表面氢析出过电位缓慢减小。因此，钛离子注入对铝-4％锑合金腐蚀性能的改善比对铅更为明显。从试验可知，钛离子加速能量控制在60kev附近为宜。 该文还通过俄歇电子能谱法(AES)、电子显微分析(SEM)和能量弥散X射线分析(EDAX)等方法来研究论证钛离子注入对金属腐蚀防护中的作用，通过俄歇电子能谱法(AES)、电子显微分析(SEM)和能量弥散X射线分析(EDAX)等方法研究钛离子注入对铅和铅-4％锑合金腐蚀的影响，其结果与用电化学方法研究得到的结论相似。 该文尝试采用其它一些金属作为离子源材料，注入铅和铅-4％锑合金中，来了解离子注入技术对金属防腐的影响，所得结果与钛离子注入一样，其他金属的注入也可以大大改善铅和铅-4％锑合金的防腐性能。 该文还研究了钴离子注入对镍电极性能的改良。通过电流阶跃法研究碱性镍电极上Ni(OH)2/NiOOH电对的电化学反应，用充电电流、放电电流作为电极性能改良的评价指标。充放电流的大小对镍电极性能有明显影响，主要表现在对镍电极上氢气和氧气析出反应过电位的增加与减小。用离子注入技术将钻元素引入镍电极表面可提高镍电极的充电效率，这是因为引入的钴使活性物质反应的电位降低或更接近其平衡电位，远离氧气的析出电位，影响到充放电时气体的析出反应，特别是减缓了镍电极充电过程中副反应的发生。研究表明，在钴离子注入之后，转化到NiOOH的Ni(OH)2量有所增加。 该文通过钛离子注入金属铝中来研究其耐氯离子孔蚀能力，结果表明，钛离子的注入到金属铝表面可以提高它的耐氯离子孔蚀的能力。 总之，随着离子注入技术在材料表面改性的范围不断扩大，对其进行的研究日益深入。相信在不久的将来，离子注入及其衍生技术必将成为材料表面改性的一种重要手段。

目录

文摘

英文文摘

1.前言

1.1离子注入的发展历史

1.2离子注入应用于抗腐蚀方面的研究现状

1.2.1离子注入容易获得单相的过饱和固溶体

1.2.2离子注入还可以获得非晶态合金层

1.2.3离子注入改善材料抗蚀能力的应用

2.离子注入技术

2.1离子注入原理及其特点

2.1.1离子注入的原理

2.1.2离子注入的特点

2.2离子注入金属的物理过程

3.钛离子注入对铅与铅锑合金腐蚀行为的影响

3.1钛离子注入过程的说明及表面区域温度变化

3.1.1离子注入过程

3.1.2表面区域温度变化

3.2电化学测试方法研究离子注入对铅电极性能的改良情况

3.2.1应用控制电流暂态技术

3.2.2应用电位阶跃法

3.3电子显微分析(SEM)和能量弥散X射线分析(EDAX)

3.3.1电子显微分析(SEM)

3.3.2能量弥散X射线分析(EDAX)

3.4俄歇电子能谱分析(AES)

3.5其他元素注入

3.6小结

4.钴离子注入对镍电极性能的改良

4.1对钴离子注入镍电极的参量说明

4.2电化学测试方法研究钴离子注入对镍电极性能的改良

5.钛离子注入提高铝抗氯离子孔蚀能力的研究

5.1对钛离子注入铝材的参量说明

5.2电化学测试方法研究钛离子注入对铝材抗孔蚀性能的改良

6.结论

致谢

参考文献