氢对金属钝化膜的影响

摘要

本论文利用典型的Devanathan-Stachurski氢扩散装置,研究了金属内部的氢对X80管线钢、Alloy600合金两种材料表面钝化膜的影响。在研究装置中,研究试样一面为稳定钝化状态,另一面以1mA/cm2电流密度连续充氢,在连续充氢过程中进行电化学测试,以未充氢状态为对照。利用自腐蚀电位检测、阳极极化曲线、电化学交流阻抗及Mott-Schottky测试等电化学方法,研究了电极在充氢前后表面钝化膜电化学性质的改变。利用电子扫描显微镜(SEM)和X-射线光电子能谱(XPS)等表面分析方法研究了充氢前后钝化膜内组分和表面形貌的变化。并探讨了氢对钝化膜的影响机理。
　　研究结果表明,氢对X80管线钢、Alloy600合金两种材料表面钝化膜具有相似的作用。随着充氢过程的进行,试样钝化面的自腐蚀电位逐渐下降直至稳定,且电位稳定后的阻抗下降幅度很大;阳极极化曲线表明,充氢之后X80电极处于活化状态,Alloy600电极虽仍处于钝化状态,但是钝化膜保护性能已经明显减弱。Mott-Schottky曲线测试表明氢没有改变X80钝化膜的半导体类型,但是增加了其施主密度,使得平带电位正移,空间电荷层变薄。对比充氢前后的SEM图片,充氢后的X80电极表面钝化膜变为的疏松多孔的腐蚀产物膜。XPS结果也显示氢扩散金属进入内部,与膜内成分发生作用,改变了钝化膜的组成成分和结构。最后,本文提出了从金属内部扩散到表面的氢对钝化膜影响的自由基理论:自腐蚀电位下,氢以原子形态扩散进入钝化膜,与膜中的吸附氧结合成具有高氧化性的自由基,自由基与膜内组分发生作用,最终导致了钝化膜组分以及结构的变化。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1.1 引言

1.2 金属的钝化

1.2.1 金属钝化理论

1.2.2 纯铁表面钝化膜的模型

1.2.3 镍基合金表面钝化膜的模型

1.3 金属中的氢

1.3.1 金属中氢的来源

1.3.2 金属和合金中氢的溶解及捕获

1.4 氢在金属及合金中的扩散行为

1.5 氢对金属氧化膜的影响

1.6 研究目标与研究内容

1.6.1 研究目标

1.6.2 研究内容

2 实验

2.1 实验药品及仪器

2.1.1 实验药品

2.1.2 实验仪器

2.2 实验材料与装置

2.2.1 实验材料和溶液

2.2.2 实验装置

2.3 实验内容与方法

2.3.1 氢在金属中的扩散行为

2.3.2 氢对金属表面氧化膜自腐蚀电位的影响

2.3.2 氢对金属氧化膜阳极极化行为的影响

2.3.3 氢对金属氧化膜电化学阻抗(EIS)的影响

2.3.3 氢对金属氧化膜半导体性质的影响

2.3.4 氢对金属氧化膜表面形貌的影响

2.3.5 氢对金属氧化膜成分及结构的影响

3 结果与讨论

3.1 氢对X80管线钢钝化膜的影响

3.1.1 氢在X80管线钢中的扩散行为

3.1.2 氢对X80表面氧化膜自腐蚀电位的影响

3.1.3 氢X80管线钢阳极极化的影响

3.1.3 氢对X80管线钢阻抗的影响

3.1.4 氢X80表面氧化膜半导体性质的影响

3.1.5 氢X80表面钝化膜结构和组成的影响

3.1.6 氢X80管线钢表面钝化膜的影响机理

3.1.7 小结

3.2 氢对Alloy600表面钝化膜的影响

3.2.1 氢在Alloy600中的扩散行为

3.2.2 氢对Alloy600自腐蚀电位的影响

3.2.3 氢对Alloy600表面钝化膜阳极极化行为的影响

3.2.4 氢对Alloy600表面钝化膜阻抗的影响

3.2.5 氢对Alloy600表面钝化膜组成及结构的影响

3.2.7 小结

4 结论

致谢

参考文献