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题名	纳米化对304不锈钢电化学腐蚀行为影响的研究
作者	潘晨
学位类别	博士
答辩日期	2012
授予单位	中国科学院金属研究所
授予地点	北京
导师	王福会
关键词	纳米化 钝化膜生长机制 点蚀 原子力显微镜 nanocrystallization growth mechanism of passive film pittiong corrosion AFM
学位专业	腐蚀科学与防护
中文摘要	"与同成分的传统粗晶合金相比，采用磁控溅射技术制备的溅射纳米晶薄膜具有更优异的耐腐蚀能力。前期大量研究结果表明纳米化会显著影响材料表面形成钝化膜的各项性能，但关于纳米化如何影响决定钝化膜性能的钝化膜生长机制以及溅射纳米晶薄膜材料的点蚀行为目前尚不明确，有待进一步详细研究；另外，虽然前期研究采用宏观测试的方法发现了材料的整体腐蚀规律，但具体、深入的原位微观机制尚不清楚。因此，本论文针对普通商用304不锈钢及其溅射纳米晶薄膜在含氯离子的常温水溶液中的电化学腐蚀行为(包括钝化行为和点蚀行为)开展系统研究。采用传统电化学测试手段与原子力显微镜原位观测相结合的方法，从钝化膜生长机制和钝化膜性能两方面阐述其钝化行为，从亚稳态点蚀和稳态点蚀两方面分析其点蚀行为，研究溅射纳米晶材料的电化学腐蚀行为，并深入探讨纳米化作用机制，为进一步改善304不锈钢的耐腐蚀能力提供必要的理论依据。 实验结果表明普通304不锈钢、轧制纳米块体及溅射纳米晶薄膜在0.05M H2SO4 + 0.2M NaCl酸性溶液中钝化膜的生长机制差异较大。利用原子力显微镜原位观测与电化学测试相结合的方法对钝化膜的生长过程进行原位、连续观测发现，不同于304不锈钢的连续形核机制，同成分的两种纳米材料表面钝化膜的形核机制转变为瞬时形核，即纳米化促进钝化粒子核形成。三种材料钝化膜的生长方式相同，均为三维生长，但两种纳米材料钝化膜的生长速度更快。其中，滚压轧制法促进了钝化膜在二维尺度(x轴和y轴)上的生长。磁控溅射法则加快了钝化膜在三维尺度(x轴、y轴和z轴)的生长速度，使钝化膜由单层结构转变为多层结构。 对304不锈钢及溅射纳米晶薄膜钝化膜性能进行研究发现，纳米晶薄膜钝化膜的瞬时形核机制以及钝化膜在二维尺度(x轴和y轴)上的快速生长，提高了纳米晶薄膜钝化膜的致密性。溅射纳米晶薄膜钝化膜的多层结构，导致膜层间缺陷增加、不匹配性增大，表现为钝化膜中载流子密度增加。机理分析表明，纳米晶薄膜大量晶界的存在为合金元素的快速扩散提供通道，加快了钝化膜在三维尺度(z轴)上的生长速度，增加了钝化膜中Cr/Fe氧化物的比例；另外，晶粒尺寸的减小会降低材料表面氯离子吸附量。因此，钝化膜的快速生长、膜中具有较高的Cr/Fe氧化物比例以及膜中无氯离子掺杂是溅射纳米晶薄膜耐蚀能力提高的主要原因。 将随机理论与电化学噪声统计分析方法相结合，再配以原子力显微镜原位、连续观测，对普通304不锈钢及其溅射纳米晶薄膜在3.5%NaCl溶液中的点蚀行为进行详细研究，结果表明：相对于304不锈钢材料而言，纳米晶薄膜的点蚀萌生位置发生改变，粗晶材料点蚀萌生源于大尺寸MnS夹杂物的溶解；而由于晶粒尺寸减小，MnS夹杂物弥散分布致纳米晶薄膜的点蚀萌生位置转变为纳米材料表面钝化粒子团簇的边界处。由此，溅射纳米晶薄膜亚稳态点蚀事件发生更为频繁。但由于纳米晶薄膜材料促进了元素的快速扩散，使其亚稳态点蚀自修复能力更强，不容易发生向稳态点蚀的转变，因此提高了纳米材料的耐点蚀性能。 利用电化学噪声结果对304不锈钢及溅射纳米晶薄膜在测试溶液中的稳态点蚀形成速度、生长速度及生长概率等进行统计分析，结果表明：与304不锈钢相比，纳米晶薄膜稳态点蚀的形成和生长过程都受到抑制。分别采用金相显微镜和原子力显微镜对两种材料点蚀坑形状进行统计分析发现，两者稳态点蚀坑的形状差异在于304不锈钢为半椭圆形，而纳米晶薄膜是浅碟形。304不锈钢与溅射纳米晶薄膜稳态点蚀坑的生长机制不同，导致两者耐点蚀能力存在较大差异，溅射纳米晶薄膜耐点蚀能力更强。"
公开日期	2013-04-12
内容类型	学位论文
源URL	[http://210.72.142.130/handle/321006/64462]
专题	金属研究所_中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	潘晨. 纳米化对304不锈钢电化学腐蚀行为影响的研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所. 2012.

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