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不锈钢由于其金属表面上形成的一层很薄的钝化膜,阻碍了基体与腐蚀介质的直接接触,所以具有更优异的耐腐蚀性能。但是在许多腐蚀性介质中,比如海洋环境中,船舶与海洋结构物由于运行和在海水中的浸泡,受到空化及氯离子的多重作用,腐蚀更加严重,给海洋资源的开发以及人类生命、国家财产都带来了极大的损害。因此,进一步研究空化、氯离子以及其他影响因素对不锈钢钝化膜的腐蚀影响,对不锈钢的合理使用、不锈钢新材料的开发以及防腐蚀技术的研究都有非常重大的意义。
不锈钢的钝化膜具有半导体特性,它的形成和破裂是电子、离子的传输过程,它的耐蚀性与其半导体电子特性密切相关。本论文以腐蚀电化学原理及半导体理论为基础,主要使用电化学测试方法,对几种常用不锈钢在不同环境中的腐蚀形貌进行了研究,并推测了不同环境下不锈钢钝化膜的半导体特性,探索了钝化膜的形成和破裂机理。本文研究结果如下:
在NaCl溶液中超声空化加剧了不锈钢的腐蚀,443和304不锈钢在超声空化条件下表现出了较好的抗腐蚀能力。而在HCl溶液中,超声空化没有加重不锈钢的腐蚀程度。
随着Cl-浓度的增加,不锈钢钝化膜的溶解速度加快,耐腐蚀性下降。430不锈钢钝化膜表现为n型半导体性质,膜中点缺陷密度随Cl-浓度的增加而增大,这会加速钝化膜成长、破裂,导致不锈钢的腐蚀加剧。
不同溶液中,成膜电位对钝化膜的影响也不同。在HNO3溶液中,430不锈钢钝化膜的施主浓度随成膜电位增大呈幂指数减小,在NaHCO3溶液中,钝化膜的施主浓度受成膜电位影响不明显。
在HNO3与NaHCO3溶液中,钝化膜上载流子的扩散系数均在10-17-10-16 cm2/s范围内。而介质的不同对钝化膜载流子的密度影响较大,钝化膜上载流子密度越大,越促进430不锈钢表面钝化膜的形成。
测试频率为1000Hz时,Mott-Schottky曲线的线性度最好,光滑度也最高。测试频率不会改变430不锈钢钝化膜n型半导体的特性。而钝化膜上的电容对测试频率有直接的依赖性。测试频率的对数与钝化膜施主浓度成线性关系。