目前不銹鋼鈍化膜研究進(jìn)展?fàn)顩r

  不銹鋼良好的耐蝕性能源于其表面有一層鈍化膜，膜的厚度非常薄，一般在10nm以下，但這層非常薄的膜卻能確保不銹鋼在多數(shù)情況下不“生銹”，鈍化膜的存在使得陽極溶解速率降至很低，從而導(dǎo)致鈍化現(xiàn)象的出現(xiàn)。目前為止關(guān)于鈍化機(jī)理的研究還在繼續(xù)，還沒有一個(gè)科學(xué)界公認(rèn)的鈍化理論能夠解釋所有鈍化現(xiàn)象，其中比較有代表性的是成相膜理論和吸附理論。

1. 成相膜理論

    該理論認(rèn)為，金屬溶解時(shí)可以生成致密的、連續(xù)的與基體金屬結(jié)合牢固的固態(tài)產(chǎn)物，稱為鈍化膜，這層膜可以從空間上分隔金屬表面和溶液介質(zhì)，顯著降低金屬的溶解速率。實(shí)驗(yàn)研究中已通過一些分析技術(shù)例如橢圓偏振儀、X射線衍射儀（XRD）、X射線光電子（XRD）、二次電子質(zhì)譜儀（SIMS）、輝光放電光譜儀（GDOES）等對(duì)鈍化膜的成分、結(jié)構(gòu)及厚度展開了廣泛的研究，為成相膜理論提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。研究表明，一般鈍化膜的厚度在1-10 nm之間，且組成成分一般為金屬氧化物。

2. 吸附理論

   該理論首先由德國科學(xué)家Tamman提出，后經(jīng)過美國科學(xué)家Uhlig發(fā)展。吸附理論認(rèn)為氧原子會(huì)與金屬表面的原子發(fā)生化學(xué)吸附，從而改變了金屬溶液界面性質(zhì)，金屬表面的化學(xué)結(jié)合力達(dá)到飽和，陽極溶解反應(yīng)的活化能明顯增大，導(dǎo)致金屬的腐蝕速率顯著降低。對(duì)一些金屬電極的界面電容測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果給該理論提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，例如在一些特定情況下，只要給每平方厘米的金屬電極通過十分之幾毫的庫倫電量就能達(dá)到發(fā)生鈍化現(xiàn)象，但是這些電量是不足已形成獨(dú)立新相層的。雖然每種理論都有部分實(shí)驗(yàn)作為其理論依據(jù)，但是都不能很好的解釋所有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，故此有關(guān)鈍化機(jī)理的研究在進(jìn)一步深入發(fā)展。

3.鈍化膜的成分結(jié)構(gòu)及半導(dǎo)體特性

 根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，不銹鋼表面鈍化膜是一種成分復(fù)雜、具有多層結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)氧化物膜，而且其組成成分和結(jié)構(gòu)也不是固定不變的，隨著不銹鋼的材料成分、溶液組成和溫度、pH、成膜電位的不同而不同[25-28]。但是通過文獻(xiàn)的分析可以得出，鈍化膜的成分還是具有一定的共性，主要成分是Cr2O3，這也是不銹鋼耐蝕性能的所在，同時(shí)含有Ni、Mo、Fe的少量氧化物，分別以NiO、MoO3和MoO2、Fe2O3和Fe(OH)3等形式存在。同時(shí)有研究也發(fā)現(xiàn)，在少數(shù)情況下鈍化膜中含有一些成分非常復(fù)雜的非化學(xué)計(jì)量的物質(zhì)。此外，普遍認(rèn)為不銹鋼鈍化膜具有雙層或三層結(jié)構(gòu)，但具體的層數(shù)目前還沒有定論，主要和特定的成膜條件有關(guān)，但是綜合文獻(xiàn)研究報(bào)道分析可知，與優(yōu)良耐蝕性能有關(guān)的致密氧化物層一般在內(nèi)層。

 通常認(rèn)為，不銹鋼表面的鈍化膜呈現(xiàn)出某些半導(dǎo)體特性，通過研究鈍化膜的半導(dǎo)體性能、結(jié)構(gòu)和電子傳輸性質(zhì)，可以探究鈍化膜的生長與破裂過程和機(jī)理，進(jìn)一步加深對(duì)不銹鋼在耐蝕性能本質(zhì)的了解。鈍化膜表現(xiàn)出半導(dǎo)體特性主要是與其成分中的各種氧化物有關(guān)，這些氧化物中Cr2O3、MoO2、FeCr2O4、NiO通常表現(xiàn)出半導(dǎo)體特征，F(xiàn)e2O3、MoO3、FeO(OH)通常表現(xiàn)出n型半導(dǎo)體特征。