块体纳米晶铜的腐蚀行为及其缓蚀剂研究

摘要

本文采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱，结合扫描电子显微镜(SEM)，以及X射线光电子能谱(XPS)，系统研究惰性气体沉积-原位温压法制备的块体纳米晶铜在氨水中的腐蚀行为与机理，腐蚀介质温度对块体纳米晶铜在硝酸溶液中腐蚀行为的影响，3，5-二硝基水杨酸、组氨酸和异亮氨酸对块体纳米晶铜的缓蚀作用和缓蚀机理，并比较其与粗晶铜在相同腐蚀条件下的腐蚀行为差异。主要的研究成果如下：
　　 1.纳米晶铜在0.3wt.％氨水中表现出双钝化特征的活化-钝化-过钝化行为，但不存在稳定的钝化区间。钝化时，表面形成竹叶状的CuO/Cu(OH)2复合膜。与粗晶铜相比，纳米晶铜的耐蚀性较差，这是因为纳米晶铜的活性位置更多，以及所形成钝化层的保护性差。
　　 2.在0.1 M HNO3溶液中，温度对纳米晶铜耐蚀性的影响更大。在脱氧溶液中，温度对纳米晶铜和粗晶铜的影响一致：两者的耐蚀性均随温度的升高而降低。但在未脱氧溶液中，温度对纳米晶铜和粗晶铜的影响不同：随温度的升高，粗晶铜的耐蚀性逐渐变差；纳米晶铜的则先提高后降低，这是由于纳米晶铜对氧痕量十分敏感；当温度为55℃时，两者的腐蚀电流密度一致。
　　 3.3，5-二硝基水杨酸(DNS)是一种新型有效的，以抑制阴极反应为主的混合型Cu缓蚀剂。其吸附服从Langmuir吸附等温式，是典型的物理吸附。当浓度为5mmol/L时其对纳米晶铜的缓蚀效率最高，为92.43％。在25～55℃温度范围内，DNS对Cu的缓蚀效率随着温度的升高而减小，并且DNS对纳米晶铜的缓蚀作用受温度影响更大。
　　 4.组氨酸和异亮氨酸可以作为铜的绿色缓蚀剂，具有一定的缓蚀作用，均为以抑制阴极反应为主的混合型缓蚀剂。它们在铜表面的吸附属于物理-化学混合吸附。由于电极表面与氨基酸分子之间的吸附作用力不同，两者对粗晶铜和纳米晶铜的缓蚀作用也有差异。与粗晶铜相比，由于纳米晶铜表面能较大、吸附作用强、吸附位置多，所需氨基酸浓度更高，氨基酸对其的缓蚀效果更好。