【腐蚀与防护】上海应用技术大学张而耕教授团队:温度变化对TiAlCN涂层耐蚀性和钝化膜性能的影响

科技   科学   2024-11-07 17:38   重庆  





背景与意义:

目的 研究不同温度的 3.5%(质量分数)NaCl 溶液中 TiAlCN 涂层耐腐蚀性能的变化,并进一步探究温度对涂层表面钝化膜性能的影响。方法采用扫描电镜(SEM)、X 射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪和 X射线光电子能谱仪(XPS)表征涂层的微观形貌和物相组成;通过动电位极化、电化学阻抗谱实验评估 TiAlCN涂层的耐腐蚀性;进一步,先通过恒电位极化使涂层表面生成稳定的钝化膜,再利用 X 射线光电子能谱仪和 Mott-Schottky 测试探究钝化膜结构和半导体性质。结果 TiAlCN 涂层表面存在凹坑、颗粒和针孔,截面呈现出明显的柱状晶结构;涂层为面心立方结构,主要由 TiC、TiN 相组成;随着温度的升高,腐蚀电流密度及钝化电流密度增加,容抗弧直径减小,涂层的耐蚀性降低;TiAlCN 涂层钝化膜的主要成分为 Al2O3 和TiO2,且二者含量随着温度的升高而减小。在 20 ℃和 80 ℃的温度条件下,TiAlCN 涂层的钝化膜表现出 n型半导体性质,且钝化膜的施主密度值从 1.14×1016 cm3 增加到 3.27×1016 cm3,钝化膜的保护能力降低。结论 温度对 TiAlCN 涂层的耐腐蚀性有显著影响,高温会降低钝化膜的致密性及增加施主密度,使钝化膜的保护性降低,从而降低涂层的耐蚀性。

关键词:TiAlCN涂层;温度;耐蚀性;钝化膜;半导体性能;施主密度


图文导读:


结语及展望:
采用阴极电弧技术制备了TiAlCN 涂层,研究了涂层在不同温度 3.5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀行为,相关结论如下:

1)高温使 TiAlCN 涂层的耐蚀性恶化,主要表现为 Nyquist 图的容抗弧直径减小及腐蚀电流密度增加;而钝化电流密度显著增加,表明涂层的钝化能力有所下降。同时,316 不锈钢基体与涂层的点蚀电位随温度升高而逐渐下降,表明二者的点蚀敏感性提高。

2)TiAlCN 涂层钝化后表面主要生成了氧化物,其主要成分为 Al2O3 和 TiO2。温度的升高不利于 Al2O3和 TiO2 的形成,降低了钝化层的保护作用,从而使涂层的耐腐蚀性减弱。

3)在不同温度下,TiAlCN涂层表面钝化膜表现为 n 型半导体特征。高温使钝化膜的施主密度显著增加,从 1.14×1016 cm3 增加到 3.27×1016 cm3,点缺陷增多,这有利于腐蚀性离子更容易进入,进一步破坏钝化膜,从而降低钝化膜的保护作用。

文章信息:

该文章发表在《表面技术》第53 卷 第 18 期。

引文格式:张而耕, 王林林, 梁丹丹, 等. 温度变化对 TiAlCN 涂层耐蚀性和钝化膜性能的影响[J]. 表面技术, 2024, 53(18): 91-99.

ZHANG Ergeng, WANG Linlin, LIANG Dandan, et al. Effect of Temperature on Corrosion Resistance and Passive Film Properties of TiAlCN Coatings[J]. Surface Technology, 2024, 53(18): 91-99.

DOI:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.18.007


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编辑 | 邓李旸

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审核|汪  潇

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