在光波、超声波作用下对奥氏体和铁素体不锈钢钝化膜电化学性能的研究

发布时间：2017-10-30 08:08

  本文关键词：在光波、超声波作用下对奥氏体和铁素体不锈钢钝化膜电化学性能的研究

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【摘要】：目前，不锈钢主要以其耐腐蚀性为特征进行研究与应用，而耐腐蚀性主要是靠不锈钢表面一层很薄的氧化膜（一般不超过10nm）即钝化膜作用，同时不锈钢钝化膜具有半导体电子结构特性，但这方面的研究应用比较少且有待进一步探索，现在已有研究在光照下的氧化物薄膜的光电效应以及在光照下钝化膜的光电化学特性，如氧化钒薄膜在可见光照射下呈现出光电效应，也有研究超声空化对钝化膜半导体特性的影响，而超声空化过程中有热效应，故温度也会影响它的电子特性，其实无论是光照还是超声波或者温度热能，它们都是能量的不同形式，研究它们对不锈钢钝化膜半导体特性的作用机理意义深远，同时这也对扩展不锈钢钝化膜的应用范围，探索发现新型吸声材料与光伏材料意义重大。 本论文以腐蚀电化学原理及半导体理论为基础，主要使用动电位极化曲线、交流阻抗谱(EIS)和电容电位法(Mott-Schottky)等电化学研究方法，对SUS304奥氏体不锈钢与SUS430铁素体不锈钢钝化膜在超声波与光照条件下的腐蚀性能与半导体性质进行了研究，最后还考察了温度对这两种不锈钢钝化膜性能的影响。通过一系列的实验可以得出以下的结论： (1)与暗态下相比，光照使SUS304奥氏体不锈钢与SUS430铁素体不锈钢钝化膜表面加剧了腐蚀，抗光照腐蚀敏感性下降，但是SUS304奥氏体不锈钢比SUS430铁素体不锈钢表现出更好的耐光照腐蚀性，造成这种结果的本质原因是由于光波对这两种不锈钢在中性溶液体系形成的钝化膜的半导体电子分布性质是有作用的，具体是不锈钢钝化膜吸收合适的光能发生光电效应并产生相应的光电子跃迁促使载流子浓度变化，这种认识也给未来发现新的耐腐蚀光伏材料提供了理论依据。 (2)在超声波作用下，使得SUS304奥氏体不锈钢与SUS430铁素体不锈钢在3.5%Nacl,1mol/L HCL,3%KOH溶液的不同体系中形成钝化膜空化腐蚀明显加剧，抗空化腐蚀敏感性下降，同时也同样得出SUS304奥氏体不锈钢比SUS430铁素体不锈钢表现出更好的耐空化性，造成这种现象的本质机理是由于超声波影响下，膜内电子分布结构发生了变化，具体是由于不锈钢钝化膜吸收合适的超声波能发生相应的声电子跃迁促使载流子重新分布的原因，同样这样的探索认识也为研究发现新的耐腐蚀吸声材料开辟了新的途径。 （3）在本实验温度20～80℃范围下，SUS304与SUS430不锈钢在1mol/L的NaHCO3溶液中形成的钝化膜腐蚀性随温度的升高而加剧，并且SUS304比SUS430更耐腐蚀，原因为在温度这种热能作用下，钝化膜内的电子吸收合适的热能而跃迁，，同时钝化膜半导体电子结构的费米能级正移使能级差减小而最终造成以氧空位为主要点缺陷的浓度增大，即施主载流子浓度变大。
【关键词】：光照 超声波 不锈钢钝化膜
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.71;TG174
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 前言13-14
• 1.2 不锈钢简介14-18
• 1.2.1 不锈钢的分类与用途14
• 1.2.2 不锈钢的腐蚀类型及防腐措施14-18
• 1.3 不锈钢钝化膜性能18-22
• 1.3.1 耐腐蚀性下的钝化理论和模型18-21
• 1.3.2 不锈钢钝化膜的半导体性质21-22
• 1.4 半导体的光伏效应22-23
• 1.5 本论文研究的主要思路与主要内容23-25
• 第二章 实验方法原理与过程25-35
• 2.1 实验用品25-27
• 2.1.1 实验材料25
• 2.1.2 实验试剂25-26
• 2.1.3 实验仪器26
• 2.1.4 实验电极26-27
• 2.2 实验系统装置27
• 2.3 电化学测试原理与方法27-33
• 2.3.1 塔菲尔曲线与极化曲线28-30
• 2.3.2 电化学交流阻抗法30-32
• 2.3.3 电容电位法32-33
• 2.4 实验过程33-35
• 2.4.1 工作电极的制备33
• 2.4.2 不同溶液配制33
• 2.4.3 电化学测量33-34
• 2.4.4 实验过程测试简图34-35
• 第三章 SUS304 与 SUS430 不锈钢在光波作用下其钝化膜性能的研究35-47
• 3.1 引言35-36
• 3.2 可见光照射下电化学测试36-37
• 3.3 实验结果与讨论37-45
• 3.3.1 光照下 SUS304 与 SUS430 不锈钢表面形貌观察37-38
• 3.3.2 光照对 SUS304 与 SUS430 不锈钢钝化膜腐蚀敏感性的影响38-41
• 3.3.3 光照对 SUS304 与 SUS430 不锈钢钝化膜电子特性分析41-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第四章 SUS304 与 SUS430 不锈钢在超声波空化作用下其钝化膜性能的研究47-65
• 4.1 引言47-48
• 4.2 超声波电化学测试48-49
• 4.3 实验结果与讨论49-63
• 4.3.1 超声波空化作用下 SUS304 与 SUS430 不锈钢在 3.5%Nacl 溶液体系中钝化膜研究49-55
• 4.3.2 超声波空化作用下 SUS304 与 SUS430 不锈钢在 1mol/LHCL 溶液体系中钝化膜研究55-58
• 4.3.3 超声波空化作用下 SUS304 与 SUS430 不锈钢在 3%KOH 溶液体系中钝化膜研究58-63
• 4.4 本章小结63-65
• 第五章 温度对 SUS304 与 SUS430 不锈钢钝化膜耐腐蚀性及其半导体性能的影响65-73
• 5.1 引言65-66
• 5.2 在温度作用下的电化学测试66
• 5.3 结果与讨论66-72
• 5.3.1 极化曲线及宏观机理66-68
• 5.3.2 钝化膜的 EIS 分析68-70
• 5.3.3 温度作用下钝化膜半导体性能与耐蚀性的微观机理研究70-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73-74
• 6.2 工作展望74-75
• 参考文献75-83
• 致谢83-85
• 附录：攻读硕士学位期间发表的学术论文85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 甘雪萍,戴曦,张传福;超声空化及其在电化学中的应用[J];四川有色金属;2001年03期

2 程学群;李晓刚;杜翠薇;;316L不锈钢在含氯高温醋酸溶液中的自钝化行为[J];北京科技大学学报;2006年09期

3 程学群;李晓刚;杜翠薇;杨丽霞;;316L不锈钢在醋酸溶液中的钝化膜电化学性质[J];北京科技大学学报;2007年09期

4 董超芳;关w扌

本文编号：1116809