304不锈钢表面TiN及TiN/Ti涂层腐蚀行为研究

摘要

304不锈钢因其良好的耐蚀性能而被广泛应用于生产生活中，但是在一些含有腐蚀性阴离子（Cl－）介质中容易产生局部腐蚀，从而制约了304不锈钢的使用。为了提高304不锈钢的耐蚀性能，本实验采用磁控溅射技术在304不锈钢表面制备了TiN及TiN/Ti涂层，并通过极化曲线和电化学阻抗谱评价涂层和基体在3.5 wt.％ NaCl溶液中的耐蚀性能，同时引入电化学噪声技术监测304不锈钢及TiN及TiN/Ti涂层在浸泡过程的腐蚀行为。采用噪声电阻Rn、噪声图谱、功率谱密度以及离散小波分析对电化学噪声数据进行处理分析，并结合腐蚀形貌来研究基体和涂层的腐蚀机理。研究表明：
　　（1）采用磁控溅射技术制备的TiN和TiN/Ti涂层表面相对均匀致密，涂层的厚度分别为0.5μm和1.6μm，但是涂层表面局部区域仍存在着微观缺陷；XRD和GDOES结果显示，纯Ti层的引入，能够改变TiN涂层的生长方式，出现Ti N（111）晶面，同时能够明显的降低涂层N/Ti的原子百分比。
　　（2）极化曲线和电化学阻抗谱（EIS）结果显示，TiN和TiN/Ti涂层均能有效的提高基体的耐蚀性能，其中纯Ti层的加入能进一步降低涂层腐蚀电流密度，同时自腐蚀电位、电荷转移电阻 Rct以及涂层电阻 Rc显著提高，使得涂层的防护作用明显提高。
　　（3）电化学噪声测试中，噪声电阻Rn、PSD曲线以及EDP图谱能够很好的反应在浸泡过程中电极的腐蚀行为。其结果表明，在浸泡初期，Ti N涂层能够起到很好的防护作用，但是随着浸泡时间的延长，涂层的耐蚀性能逐渐减弱，电极表面出现稳态点蚀，结合腐蚀形貌分析，Ti N涂层的剥落，造成局部区域出现电偶腐蚀；而Ti N/Ti涂层在整个浸泡过程中的防护作用较为明显，EDP结果进一步表明TiN/Ti涂层能够有效的减少亚稳态点蚀向稳态点蚀的转变。
　　（4）在整个浸泡过程中，TiN及 TiN/Ti涂层主要起到机械阻挡作用，Ti N涂层主要由于表面存在的微观缺陷及涂层的剥落，造成涂层防护作用减弱，甚至促进基体的腐蚀；而Ti层的引入，能够有效的改善涂层表面质量，同时可以有效的阻止氯离子的扩散和抑制亚稳态点蚀向稳态点蚀的转变。

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第一章 绪论

1.1 304不锈钢

1.2 点蚀[3,4]

1.3 耐蚀涂层

1.4 涂层制备方法

1.5 电化学测试技术

1.6 课题的提出

1.7 课题的研究内容

第二章 TiN及TiN/Ti涂层的制备

2.1 实验材料及实验设备

2.2 磁控溅射沉积过程

2.3涂层制备工艺

2.4 小结

第三章 涂层表征

3.1 测试方法

3.2 结果与讨论

3.3 小结

第四章 涂层耐蚀性能评价

4.1 极化曲线测试

4.2 电化学阻抗谱测试

4.3 小结

第五章 电化学噪声测试

5.1 电化学噪声测试

5.2 实验装置

5.3去除电化学噪声的直流漂移

5.4 电化学噪声数据处理

5.5 腐蚀形貌

5.6 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文