阳极氧化法制备二氧化钛膜及其在模拟深海热液环境的耐腐蚀性能研究

摘要

近些年深海热液区成为研究的一个热点，在几千米的深海热液区里，由于火山、岩浆的活动，导致喷发出高温的含大量硫化物的热液。在深海热液区有着含量很高的矿物堆，其中含有大量铜、硫、银、金等元素和其他一些微量元素，稍加处理就可以利用，而且成矿速率大，因此具有良好的开发前景。深海热液区中的生物种类和生物密度可以与热带雨林媲美。探索、研究深海热液区也已成为全世界的共识。而钛及钛合金成为了科研与开采过程中安全高效运行的潜器和相关设备的首选材料，所以加强钛材料腐蚀的研究显得极为重要。鉴于二氧化钛良好的耐腐蚀性，本文对钛材料进行阳极氧化，并测试其在模拟深海热液环境的耐腐蚀性，旨在探索和研究一种能够应用于深海热液环境的耐腐蚀材料。
　　 首先，采用阳极氧化法，在体积比为9:1的甘油和水电解液中，以不同电压条件和氧化时间在金属钛表面制备TiO2膜，通过XRD、SEM以及极化曲线测试，最后确定制备条件为氧化电压20V，氧化时间2h。通过亲疏水性能测试和电化学阻抗分析表明，作为一种半导体材料，二氧化钛膜黑暗条件下表现出了更加优异的疏水性能和耐腐蚀性能，这对在深海无光环境中的应用是非常有利的。
　　 其次，对钛试样以及阳极氧化钛试样在质量分数为3.5％的NaCl饱和H2S溶液中进行腐蚀实验，实验温度分别为20℃和190℃。实验发现经过阳极氧化的钛试样与普通钛试样相比，能有效减小材料的损耗。提高温度到90℃对材料的腐蚀速率影响并不明显。浸泡后的钛试样出现了明显的TiH2相，而阳极氧化钛试样并未出现TiH2相。
　　 最后，研究了钛试样以及阳极氧化钛试样在模拟深海热液环境中的耐腐蚀性能。使用XRD、SEM、EDS以及拉曼光谱对腐蚀后的试样进行分析发现：腐蚀后在钛试样以及阳极氧化钛试样表面都产生了一层非致密的TiO2膜，而通过极化曲线测试发现该层膜并不能对基体起到好的保护作用；腐蚀后钛试样表面出现了明显的TiH2相，且腐蚀电位负移了450mV。而阳极氧化试样中并未出现TiH2相，腐蚀电位负移较小，这也体现出阳极氧化膜对基体起到了良好的保护作用。