不銹鋼載波鈍化

1、不銹鋼載波鈍化技術不銹鋼載波鈍化技術 指導教師：教授指導教師：教授 報報 告告 人：人： 2014 2014 年年 月月 日日 報告內容報告內容 研究背景研究背景 載波鈍化工藝載波鈍化工藝 膜層耐蝕性評價膜層耐蝕性評價 機理討論機理討論 前景展望前景展望 研究背景研究背景 不銹鋼由于具有優(yōu)越的不銹鋼由于具有優(yōu)越的耐蝕性耐蝕性和良好的機械性能，已被廣和良好的機械性能，已被廣 泛應用于現代社會的各個領域。不銹鋼耐蝕的原因是在其泛應用于現代社會的各個領域。不銹鋼耐蝕的原因是在其 表面可以自然形成一層薄而致密的表面可以自然形成一層薄而致密的鈍化膜鈍化膜。 不銹鋼表面的鈍化膜在含有不銹鋼表面的鈍化膜在含

2、有 Cl- 離子離子 等侵蝕性離子的介質等侵蝕性離子的介質 中容易在缺陷處發(fā)生局部破壞從而導致中容易在缺陷處發(fā)生局部破壞從而導致點蝕點蝕等隱蔽性較強等隱蔽性較強 的局部腐蝕，其危害性比均勻腐蝕更大。的局部腐蝕，其危害性比均勻腐蝕更大。 自然形成的鈍化膜只有幾個納米厚，并且可能由于缺陷的存在而不完整自然形成的鈍化膜只有幾個納米厚，并且可能由于缺陷的存在而不完整 研究背景研究背景 直流鈍化：在一定的鈍化介質（例如直流鈍化：在一定的鈍化介質（例如HNO3等）中，向工等）中，向工 件施加一個件施加一個陽極電位陽極電位，使不銹鋼表面生成鈍化膜。耐蝕性，使不銹鋼表面生成鈍化膜。耐蝕性 比酸傳統洗工藝大大提

3、高，并且可控性得到改善。比酸傳統洗工藝大大提高，并且可控性得到改善。 載波鈍化：在直流鈍化基礎上附加一個交變電場進行鈍化。載波鈍化：在直流鈍化基礎上附加一個交變電場進行鈍化。 傳統觀點認為交變電場會破壞鈍化膜，但曹楚南等人發(fā)現傳統觀點認為交變電場會破壞鈍化膜，但曹楚南等人發(fā)現 適當的載波鈍化加后處理可提高適當的載波鈍化加后處理可提高鈍化膜穩(wěn)定性鈍化膜穩(wěn)定性。 研究背景研究背景 n 載波鈍化特點載波鈍化特點： 得到的鈍化膜得到的鈍化膜膜層較厚膜層較厚，可達數百納米，可達數百納米-直流鈍化膜直流鈍化膜 層厚度只有幾納米到十幾納米；層厚度只有幾納米到十幾納米； 膜層具有膜層具有多孔性多孔性，后處理可

4、進一步提高其的耐蝕性；，后處理可進一步提高其的耐蝕性； 膜層的膜層的半導體特性半導體特性與直流鈍化膜有所不同。與直流鈍化膜有所不同。 載波鈍化工藝載波鈍化工藝 n 工藝流程舉例：工藝流程舉例： 前處理前處理 研磨研磨 清洗清洗 脫脂脫脂 陰極還原陰極還原 -800mV vs SCE 5min 載波鈍化載波鈍化 CV: 200mV + AV: A=800mV f=40Hz 30min 后處理后處理 200mV vs SCE 10min 0.5 mol/L Na2SO4 0.5mol/L Na2SO4 + 0.5mol/L Na2MoO4 獲得清潔獲得清潔 表面表面 工件表面工件表面 富集富集OH

5、- 生成鈍生成鈍 化膜化膜 改善鈍化改善鈍化 膜耐蝕性膜耐蝕性 耐蝕性評價耐蝕性評價 20%H2SO4+1.1%HCL 302302不銹鋼鈍化后自腐蝕電位隨時間變化曲線不銹鋼鈍化后自腐蝕電位隨時間變化曲線 載波鈍化使腐蝕電位載波鈍化使腐蝕電位 突降點延后，后處理突降點延后，后處理 可進一步延遲突降?？蛇M一步延遲突降。 耐蝕性評價耐蝕性評價 載波鈍化對擊破電位影響載波鈍化對擊破電位影響 不大，而后處理可大幅度不大，而后處理可大幅度 提高提高302302不銹鋼擊破電位。不銹鋼擊破電位。 鈍化方式以及后處理對鈍化方式以及后處理對302302、316316不銹鋼擊破電位的影響。不銹鋼擊破電位的影響。

6、機理討論機理討論 膜層形貌：采用膜層形貌：采用原子力顯微鏡（原子力顯微鏡（AFM）進行觀察。進行觀察。 載波鈍化膜層表面載波鈍化膜層表面AFMAFM照片照片 孔洞孔洞 后處理具有一定后處理具有一定 的封孔作用的封孔作用 機理討論機理討論 膜層厚度：采用膜層厚度：采用橢圓偏振法橢圓偏振法對鈍化膜厚度進行原位測量。對鈍化膜厚度進行原位測量。 載波鈍化及后處理對膜層厚度的影響載波鈍化及后處理對膜層厚度的影響 載波鈍化可大幅度提高載波鈍化可大幅度提高 膜層厚度，后處理對膜膜層厚度，后處理對膜 層厚度影響不大。層厚度影響不大。 機理討論機理討論 n 載波鈍化膜生長機理：載波鈍化膜生長機理： 在交變電場下

7、，鈍化膜溶解在交變電場下，鈍化膜溶解-修復交替進行。溶解過程修復交替進行。溶解過程 中，鈍化膜中貧中，鈍化膜中貧Cr區(qū)優(yōu)先溶解；修復過程中鈍化膜薄區(qū)優(yōu)先溶解；修復過程中鈍化膜薄 弱處電場強度高，弱處電場強度高，優(yōu)先成膜優(yōu)先成膜，且成膜質量得到優(yōu)化。，且成膜質量得到優(yōu)化。 直流鈍化時鈍化膜生長過程中合金元素需直流鈍化時鈍化膜生長過程中合金元素需擴散擴散穿過鈍化穿過鈍化 膜，速度較慢。載波鈍化膜中的孔洞可以作為膜，速度較慢。載波鈍化膜中的孔洞可以作為離子通道離子通道， 加速成膜過程，形成較厚的鈍化膜。加速成膜過程，形成較厚的鈍化膜。 機理討論機理討論 膜層成分：采用膜層成分：采用俄歇電子能譜俄歇電

8、子能譜（AES）逐層剝離分析。）逐層剝離分析。 直流、載波鈍化膜層中元素隨深度的變化直流、載波鈍化膜層中元素隨深度的變化 膜層成分深度變化變深，膜中膜層成分深度變化變深，膜中O含量上升，含量上升，Fe含量下降含量下降 機理討論機理討論 n 鈍化膜成分：鈍化膜成分： 載波鈍化膜中載波鈍化膜中O含量上升，含量上升，Fe含量下降，為保持電中性，含量下降，為保持電中性， 通過通過Fe3+和和Fe2+等不同價態(tài)金屬離子的比例來調節(jié)。等不同價態(tài)金屬離子的比例來調節(jié)。 Fe2O3比比FeO具有具有更好的穩(wěn)定性更好的穩(wěn)定性。 后處理使膜層中后處理使膜層中Mo成分增加，由于成分增加，由于316不銹鋼基體中含不銹鋼基體中含 有有Mo，因此后處理對其耐蝕性影響不大，而，因此后處理對其耐蝕性影響不大，而302不銹鋼不銹鋼 后處理大大提高了耐蝕性。后處理大大提高了耐蝕性。 前景展望前景展望 存在的問題：存在的問題：載波鈍化膜的具體生長機理仍然不明確，現載波鈍化膜的具體生長機理仍然不明確，現 有理論未能統一；交變電場參數對鈍化膜的影響較為復雜，有理論未能統一；交變電場參數對鈍化膜的影響較為復雜， 未能找到明顯規(guī)律，仍需進一步研究。未能找到明