不同因素对316L不锈钢钝化膜化学结构与性能的影响研究

摘要

不锈钢材料广泛的应用在各行各业中，其具有十分优异的耐蚀性能。不锈钢表面钝化膜的结构与性能，是影响不锈钢耐蚀性能的主要因素，因此研究不锈钢表面钝化膜，具有十分重要的价值。
　　本文使用电化学方法研究不同条件下形成钝化膜的耐蚀性能及半导体性能，借助表面分析技术研究钝化膜化学组成及钝化膜内各元素分布状态，利用点缺陷理论分析不锈钢钝化膜耐蚀机理。主要探讨了不同时间下形成钝化膜各种性能与组成的变化，分析了合金元素氮含量对不锈钢钝化膜性能与组成的影响，对比研究溶液pH、温度及盐浓度变化对含氮与不含氮不锈钢的影响，最后模拟实际工况，研究了两种不锈钢在高温高盐介质中形成钝化膜的性能与组成。
　　研究表明，钝化膜厚度、性能及组成都随成膜时间延长而变化，当钝化时间达到25天时，钝化膜还在继续生长，不同时间下形成的钝化膜，其成分含量及分布差异主要为FeOOH，它会随钝化时间延长向膜内扩散，含量也会随时间延长而增加。在研究的三种不同氮含量不锈钢中，钝化膜性能会随氮元素含量增加而变得更加优异，N在钝化膜中以N3-形式存在，由于钝化膜整体为电中性，在金属/钝化膜处N3-会占据部分氧空位，在钝化膜内外层界面处会占据部分氢氧根空位，从而使钝化膜中缺陷浓度下降，耐蚀性能提高。溶液pH、温度及盐浓度变化对含氮与不含氮不锈钢钝化膜性能都会产生影响，但对含氮不锈钢影响小，不同pH下形成钝化膜半导体性能不同，随温度升高，两种不锈钢钝化膜耐蚀性能都会降低，不含氮不锈钢在较高温度下形成钝化膜阻抗值较小，盐浓度升高，会对不含氮钝化膜阻抗产生较大影响，对含氮不锈钢影响较小。在高温高盐环境中，两种不锈钢所形成钝化膜半导体性能相同，含氮不锈钢钝化膜性能更加优异，氮元素在钝化膜中会发生富集，从而对含氮不锈钢钝化膜产生影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 金属钝化理论

1．3 钝化膜化学组成与结构

1．4 钝化膜生长模型

1．5 影响钝化膜稳定性的因素

1．5．1 合金元素的影响

1．5．2 环境因素的影响

1．6 钝化膜研究方法

1．6．1 电化学研究方法

1．6．2 表面分析技术

1．7 含氮不锈钢耐蚀机理研究现状

1．8 本文主要研究意义与主要研究内容

1．8．1 本文研究意义

1．8．2 本文的研究内容

第二章 时间因素对不锈钢钝化膜特性的影响

2．1 引言

2．2 实验材料与方法

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验方法

2．3 实验结果

2．3．1 循环伏安测试(CV)曲线

2．3．2 电容测试(Mott-Schottky)曲线

2．3．3 316L不锈钢交流阻抗(EIS)测试曲线

2．3．4 不锈钢钝化膜XPS测试结果

2．4 分析讨论

2．5 结论

第三章 含氮量对钝化膜性能与组成的影响

3．1 引言

3．2 实验材料与方法

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验方法

3．3 实验结果

3．3．1 不同含氮量不锈钢金相变化

3．3．2 不同含氮量不锈钢耐点蚀性能研究

3．3．3 不同含氮量不锈钢阻抗谱测试结果

3．3．4 不同含氮量不锈钢钝化膜半导体性能测试结果

3．3．5 含氮不锈钢与不含氮不锈钢钝化膜化学组成分析

3．4 分析讨论

3．5 结论

第四章 溶液pH、温度及盐浓度对钝化膜性能与组成的影响

4．1 引言

4．2 实验材料与方法

4．2．1 实验材料

4．2．3 实验方法

4．3 pH的影响

4．3．1 pH对不锈钢钝化膜耐点蚀性能的影响

4．3．2 pH对不锈钢阻抗谱的影响

4．3．3 pH对不锈钢半导体性能的影响

4．4 温度的影响

4．4．1 温度对不锈钢耐点蚀性能的影响

4．4．2 温度对不锈钢钝化膜阻抗谱的影响

4．4．3 温度对不锈钢钝化膜半导体性能的影响

4．5 盐浓度的影响

4．5．1 盐浓度对不锈钢耐点蚀性能的影响

4．5．2 盐浓度对不锈钢阻抗谱影响

4．5．3 盐浓度对不锈钢半导体性能的影响

4．6 分析讨论

4．7 结论

第五章 高温高盐介质中形成钝化膜性能及组成的研究

5．1 引言

5．2 实验材料与方法

5．2．1 实验材料

5．2．2 实验仪器

5．2．2 实验方法

5．3 极化曲线测试结果

5．4 电化学阻抗谱测试结果

5．5 电容(Mott-Schottky)曲线测试结果

5．6 XPS测试结果

5．7 结论

第六章 总结论

参考文献

致谢

研究成果及已发表的学术论文

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