NaC1溶液中离子注入铌316不锈钢的电化学行为

摘要

本文采用离子注入技术对316不锈钢进行表面改性，通过注入具有良好耐腐蚀性能和导电性能的铌元素，提高不锈钢表面膜层钝化性能和耐腐蚀性能。应用极化曲线、交流阻抗和半导体性能测试等电化学技术对NaCl溶液中316不锈钢和离子注入铌316不锈钢的电化学行为及摩擦行为进行研究。研究结果得出以下结论:
　　1.X-射线衍射分析发现，离子注入铌后316不锈钢表面形成的化学惰性良好的NbO2、Nb2O5膜层，使其基体的电化学性能得到提高。
　　2.在NaCl溶液中极化曲线测试结果，随着实验温度升高、NaCl浓度增大、pH值减小，使离子注入铌316不锈钢的腐蚀电流密度增加、孔蚀电位降低，钝化电位区间减小，导致耐蚀性能变劣。在相同的条件下，离子注入铌316不锈钢的电化学性能优于316不锈钢。其原因归结于铌离子注入后Nb2O5、NbO2和Fe2O3氧化膜的形成阻滞了不锈钢合金元素的溶解，提高了耐蚀性能。
　　3.交流阻抗谱测试结果表明，随着介质温度降低、NaCl浓度减小、pH值升高，离子注入铌316不锈钢的双电层电容Cdl及等效电阻Rct增大，容抗弧半径增大，低频区阻抗模值变大、相位角变小，相位角峰值频率域向高频区偏移或频率域增大，抑制和减缓了腐蚀反应。在相同条件下，离子注入铌316不锈钢交流阻抗谱测试结果优于316不锈钢，说明改善了电化学性能。
　　4.Mott-Schottky曲线测试结果表明，在-0.2～0.2V电位区间内，在相同的温度、NaCl浓度和pH值条件下，离子注入铌316不锈钢与316不锈钢相比，M-S曲线的斜率增大，施主密度ND减小，平带电位EFB负向移动，空间电荷层厚度增大，点缺陷扩散系数减小，316不锈钢钝化膜的性能得到提高。
　　5.摩擦测试结果表明，离子注入铌316不锈钢与316不锈钢相比，摩擦系数减小，耐磨性和硬度得到提高，改善了不锈钢的摩擦磨损性能。在0.35％NaCl溶液中低载荷、滑动速度和短距离滑动时离子注入铌316不锈钢的主要磨损形式为氧化磨损。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 不锈钢材料及其钝化膜性能

1．2．1 不锈钢材料的特点

1．2．2 不锈钢材料的分类及应用

1．2．3 不锈钢钝化层性能及影响因素

1．3 离子注入技术

1．3．1 离子注入技术的发展背景

1．3．2 离子注入技术的原理

1．3．3 离子注入技术的特点

1．4 铌在不锈钢中的应用

1．5 半导体性能

1．5 研究目的及内容

第二章 实验方法

2．1 实验材料

2．2 实验仪器

2．3 实验方法

2．3．1 试样制备

2．3．2 实验介质

2．4 电化学测试方法

2．4．1 极化曲线(polarization curve)

2．4．2 电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy，EIS)

2．4．3 Mott-Schottky曲线

2．5 组织、形貌观察以及XRD腐蚀产物分析

第三章 NaCl溶液中316不锈钢的电化学行为

3．1 316不锈钢极化曲线结果

3．2 316不锈钢电化学阻抗谱结果

3．3 316不锈钢Mott-Schottky曲线结果

3．4 本章小结

第四章 NaCl溶液中离子注入铌316不锈钢的电化学行为

4．1 离子注入铌316不锈钢极化曲线结果

4．2 离子注入铌316不锈钢电化学阻抗谱结果

4．3 离子注入铌316不锈钢的Mott-Schottky曲线结果

4．4 本章小结

第五章 离子注入铌前后316不锈钢电化学性能的比较

5．1 金相显微组织观察

5．2 极化曲线结果比较

5．3 电化学阻抗谱结果比较

5．4 Mott-Schottky曲线结果比较

5．4．1 空间电荷层厚度对比

5．4．2 点缺陷扩散系数对比

5．5 摩擦性能比较

5．6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢