不锈钢载波钝化

1、不锈钢载波钝化技术不锈钢载波钝化技术 指导教师：教授指导教师：教授 报报 告告 人：人： 2014 2014 年年 月月 日日报告内容报告内容 研究背景研究背景 载波钝化工艺载波钝化工艺 膜层耐蚀性评价膜层耐蚀性评价 机理讨论机理讨论 前景展望前景展望研究背景研究背景 不锈钢由于具有优越的不锈钢由于具有优越的耐蚀性耐蚀性和良好的机械性能，已被广和良好的机械性能，已被广泛应用于现代社会的各个领域。不锈钢耐蚀的原因是在其泛应用于现代社会的各个领域。不锈钢耐蚀的原因是在其表面可以自然形成一层薄而致密的表面可以自然形成一层薄而致密的钝化膜钝化膜。 不锈钢表面的钝化膜在含有不锈钢表面的钝化膜在含有 Cl

2、- 离子离子 等侵蚀性离子的介质等侵蚀性离子的介质中容易在缺陷处发生局部破坏从而导致中容易在缺陷处发生局部破坏从而导致点蚀点蚀等隐蔽性较强等隐蔽性较强的局部腐蚀，其危害性比均匀腐蚀更大。的局部腐蚀，其危害性比均匀腐蚀更大。自然形成的钝化膜只有几个纳米厚，并且可能由于缺陷的存在而不完整自然形成的钝化膜只有几个纳米厚，并且可能由于缺陷的存在而不完整研究背景研究背景 直流钝化：在一定的钝化介质（例如直流钝化：在一定的钝化介质（例如HNO3等）中，向工等）中，向工件施加一个件施加一个阳极电位阳极电位，使不锈钢表面生成钝化膜。耐蚀性，使不锈钢表面生成钝化膜。耐蚀性比酸传统洗工艺大大提高，并且可控性得到改

3、善。比酸传统洗工艺大大提高，并且可控性得到改善。 载波钝化：在直流钝化基础上附加一个交变电场进行钝化。载波钝化：在直流钝化基础上附加一个交变电场进行钝化。传统观点认为交变电场会破坏钝化膜，但曹楚南等人发现传统观点认为交变电场会破坏钝化膜，但曹楚南等人发现适当的载波钝化加后处理可提高适当的载波钝化加后处理可提高钝化膜稳定性钝化膜稳定性。研究背景研究背景n 载波钝化特点载波钝化特点： 得到的钝化膜得到的钝化膜膜层较厚膜层较厚，可达数百纳米，可达数百纳米-直流钝化膜层厚直流钝化膜层厚度只有几纳米到十几纳米；度只有几纳米到十几纳米； 膜层具有膜层具有多孔性多孔性，后处理可进一步提高其的耐蚀性；，后处理

4、可进一步提高其的耐蚀性； 膜层的膜层的半导体特性半导体特性与直流钝化膜有所不同。与直流钝化膜有所不同。载波钝化工艺载波钝化工艺n 工艺流程举例：工艺流程举例：前处理前处理研磨研磨清洗清洗脱脂脱脂阴极还原阴极还原-800mVvs SCE5min载波钝化载波钝化CV: 200mV +AV: A=800mV f=40Hz 30min后处理后处理200mVvs SCE10min0.5 mol/L Na2SO4 0.5mol/L Na2SO4 +0.5mol/L Na2MoO4获得清洁获得清洁表面表面工件表面工件表面富集富集OH-生成钝生成钝化膜化膜改善钝化改善钝化膜耐蚀性膜耐蚀性耐蚀性评价耐蚀性评价2

5、0%H2SO4+1.1%HCL302302不锈钢钝化后自腐蚀电位随时间变化曲线不锈钢钝化后自腐蚀电位随时间变化曲线载波钝化使腐蚀电位载波钝化使腐蚀电位突降点延后，后处理突降点延后，后处理可进一步延迟突降。可进一步延迟突降。耐蚀性评价耐蚀性评价载波钝化对击破电位影响载波钝化对击破电位影响不大，而后处理可大幅度不大，而后处理可大幅度提高提高302302不锈钢击破电位。不锈钢击破电位。钝化方式以及后处理对钝化方式以及后处理对302302、316316不锈钢击破电位的影响。不锈钢击破电位的影响。机理讨论机理讨论 膜层形貌：采用膜层形貌：采用原子力显微镜（原子力显微镜（AFM）进行观察。进行观察。载波钝

6、化膜层表面载波钝化膜层表面AFMAFM照片照片 孔洞孔洞后处理具有一定后处理具有一定的封孔作用的封孔作用机理讨论机理讨论 膜层厚度：采用膜层厚度：采用椭圆偏振法椭圆偏振法对钝化膜厚度进行原位测量。对钝化膜厚度进行原位测量。载波钝化及后处理对膜层厚度的影响载波钝化及后处理对膜层厚度的影响载波钝化可大幅度提高载波钝化可大幅度提高膜层厚度，后处理对膜膜层厚度，后处理对膜层厚度影响不大。层厚度影响不大。机理讨论机理讨论n 载波钝化膜生长机理：载波钝化膜生长机理： 在交变电场下，钝化膜溶解在交变电场下，钝化膜溶解-修复交替进行。溶解过程中，修复交替进行。溶解过程中，钝化膜中贫钝化膜中贫Cr区优先溶解；修

7、复过程中钝化膜薄弱处电场区优先溶解；修复过程中钝化膜薄弱处电场强度高，强度高，优先成膜优先成膜，且成膜质量得到优化。，且成膜质量得到优化。 直流钝化时钝化膜生长过程中合金元素需直流钝化时钝化膜生长过程中合金元素需扩散扩散穿过钝化膜，穿过钝化膜，速度较慢。载波钝化膜中的孔洞可以作为速度较慢。载波钝化膜中的孔洞可以作为离子通道离子通道，加速，加速成膜过程，形成较厚的钝化膜。成膜过程，形成较厚的钝化膜。 机理讨论机理讨论 膜层成分：采用膜层成分：采用俄歇电子能谱俄歇电子能谱（AES）逐层剥离分析。）逐层剥离分析。直流、载波钝化膜层中元素随深度的变化直流、载波钝化膜层中元素随深度的变化膜层成分深度变化

8、变深，膜中膜层成分深度变化变深，膜中O含量上升，含量上升，Fe含量下降含量下降机理讨论机理讨论n 钝化膜成分：钝化膜成分： 载波钝化膜中载波钝化膜中O含量上升，含量上升，Fe含量下降，为保持电中性，含量下降，为保持电中性，通过通过Fe3+和和Fe2+等不同价态金属离子的比例来调节。等不同价态金属离子的比例来调节。Fe2O3比比FeO具有具有更好的稳定性更好的稳定性。 后处理使膜层中后处理使膜层中Mo成分增加，由于成分增加，由于316不锈钢基体中含有不锈钢基体中含有Mo，因此后处理对其耐蚀性影响不大，而，因此后处理对其耐蚀性影响不大，而302不锈钢后处不锈钢后处理大大提高了耐蚀性。理大大提高了耐蚀性。 前景展望前景展望 存在的问题：存在的问题：载波钝化膜的具体生长机理仍然不明确，现载波钝化膜的具体生长机理仍然不明确，现有理论未能统一；交变电场参数对钝化膜的影响较为复杂，有理论未能统一；交变电场参数对钝化膜的影响较为复杂，未能找到明显规律，仍需进一步研究。未能找到明显规