304不锈钢钝化膜在海水介质中的半导体特性研究
众所周知，不锈钢材料由于在其表面会自发的形成一层很薄而稳定的钝化膜(一般不超过10nm)，因而具有优异的耐腐蚀性能，但是在海洋环境中，尤其是在微生物膜存在的情况下很容易发生局部腐蚀，因而，长时间浸泡在海水中就会造成失效破坏，给人类生命及国家财产带来极大的损害。
本论文主要以半导体理论和腐蚀电化学原理为基础，利用电化学测试方法和Mott-Schottky法，由Mott-Schottky图得到钝化膜的掺杂浓度(N<,D>)、平带电位(V<,fb>)、半导体类型(N/P)、肖特基势(V<,S>)等信息，由此推测不锈钢钝化膜的半导体特性。然而，对不锈钢在海水介质中，使用电容一电位法对其半导体特性和耐蚀性的系统研究少见报道，因此，研究电容-电位法在海水介质中的有效性，并根据Mott-Schottky图研究不锈钢钝化膜的半导体性和耐海水腐蚀性具有重要的理论和现实意义。论文主要工作和结论如下：
1．根据边界条件等假设和电化学阻抗、电容一电位的测量分析，证明了Helmholtz层电容远小于空间电荷层电容，而且，钝化膜厚度不随扫描电位的变化而变化，由此验证了使用Mott-Schottky曲线法研究钝化膜在海水介质中半导体特性是可行的；同时，通过实验和理论分析，探索了电容与测量频率的依赖关系；
2．用电容-电位法研究了不锈钢钝化膜在海水介质中的半导体特性。结果表明，在高于平带电位的电位范围，钝化膜表现为N型半导体；在低于平带电位的电位范围，钝化膜表现为P型半导体。并计算出平带电势E<,fb>为-0.424V，点缺陷浓度 N<,D>为8.47×10<'23>cm<'-3>；
3．通过对不同成膜电位下的阻抗图和Mott-Schottky曲线的测试，验证了Cl<'->的侵害性及钝化膜半导体特性和耐蚀性的关系。结果表明，钝化膜中缺陷浓度的大小关系着抗点蚀能力的强弱，缺陷浓度小，则抗点蚀能力强，缺陷浓度大，则抗点蚀能力弱；同时，发现在钝化区间内，304ss在海水介质中阳极保护存在一个最佳保护电位区间；并且计算了不同成膜电位下的Mott-Schottky斜率、N<,D>、E<,fb>、d<,OX>值和扩散常数 D<,0>，定量的分析了钝化膜半导体性与耐蚀性的关系，并得出钝化膜中点缺陷扩散常数为：2.01×10<'-21>cm<'2>/s。
钝化膜;半导体性;阳极极化;点缺陷模型;扩散常数;海水介质;微生物膜;不锈钢
中国海洋大学
硕士
材料物理与化学
尹衍升
2007
中文
TG172.5
64
2007-09-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）