鈦及鈦合金由于表面能夠快速形成一層幾納米到幾十納米厚的氧化膜,使其具有極為突出的鈍化性能,因而表現(xiàn)出良好的耐蝕性;又因其質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、無(wú)磁性和生物相容性好等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于石油化工、海洋工程和生物醫(yī)療等眾多領(lǐng)域。同時(shí),鈦及鈦合金優(yōu)異的再鈍化性能使其在服役過(guò)程中受到物理或化學(xué)作用發(fā)生破壞后,具有快速自修復(fù)能力。所以,鈍化和再鈍化能力是鈍性金屬安全服役最重要的保障。因此,本論文圍繞鈦及鈦合金鈍化膜局域結(jié)構(gòu)與構(gòu)效關(guān)系、鈍化膜生長(zhǎng)過(guò)程表/界面結(jié)構(gòu)演化規(guī)律與機(jī)制以及鈍化過(guò)程動(dòng)力學(xué)定量分析等核心科學(xué)問(wèn)題,發(fā)展了同步輻射、先進(jìn)表/界面光譜表征與電化學(xué)監(jiān)測(cè)多重聯(lián)用技術(shù),對(duì)鈦合金鈍化行為、鈦鈍化膜結(jié)構(gòu)、鈦鈍化膜生長(zhǎng)過(guò)程以及鈦鈍化機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的原位與非原位研究。首先,利用自主研發(fā)的新型金屬電極擦傷再鈍化實(shí)驗(yàn)裝置,對(duì)4種典型（α+β）鈦合金TC4、TC6、TC11和TC18在3.5%NaCl溶液中的鈍化行為進(jìn)行了電化學(xué)追蹤,并利用溶解/成膜模型和高場(chǎng)模型分別解析了再鈍化初期表面陽(yáng)極溶解與膜形核二維生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)變期鈍化膜三維生長(zhǎng)過(guò)程。結(jié)果表明:鈦合金鈍化行為差異顯著,Ti含量較高者鈍化區(qū)較大（>1.... 

【文章來(lái)源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖２－２在１ＭＨＣ１溶液中３１６ＧＦ不銹鋼表面形成（ａ）單個(gè)亞穩(wěn)點(diǎn)?

?－０．５?０．０?０．５?１．０?１．５??Ｔｉｍｅ?／?ｓ?Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ，?Ｅ?ｖｓ．?ｓａｔ．?（Ａｇ／ＡｇＣＩ）?／?Ｖ??１２〇ｊ〇ＨＢＳＳ＋０．１Ｆ?Ｉ?＊?１?＇?＊?Ｊ?＂Ａ＇?Ｊ?＊??？〇？?ＨＢＳＳ?廠?＇??１００?＾ＦＭＳ．０．５Ｆ?／?Ａ??＾?－Ａ－ＦＭＳ＋０．１Ｆ?？??２。「０－．－９少?；??－０．５?０．０?０．５?１．０?１．５??Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ，．Ｅ?ｖｓ．?ｓａｔ．?（Ａｇ／ＡｇＣＩ）?／?Ｖ??圖２－３金屬Ｔｉ在不同溶液中（ａ）再鈍化暫態(tài)電流變化規(guī)律、（ｂ）再鈍化峰值電流??和（ｃ）電荷隨電位的變化規(guī)律??針對(duì)電流＿時(shí)間衰減規(guī)律，多種數(shù)學(xué)表達(dá)式被用來(lái)進(jìn)行擬合分析計(jì)算，包??括對(duì)數(shù)關(guān)系、指數(shù)關(guān)系、雙指數(shù)關(guān)系以及對(duì)數(shù)的倒數(shù)關(guān)系等：??（１）對(duì)數(shù)關(guān)系??對(duì)數(shù)關(guān)系是一種比較簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律關(guān)系。無(wú)膜的金屬裸露表面再鈍化??暫態(tài)電流和時(shí)間之間遵循的方程如下：??．?戸?Ａ?嚴(yán)?（２－１）??兩邊分別取對(duì)數(shù)后可得到：??ｌｏｇ?／?＝?ｌｏｇ?Ａ?－ａ?ｌｏｇ?ｔ?（２－２）??式中Ａ、ａ——常數(shù)。??其中，ａ值的大小反映了金屬裸露表面鈍化電流衰減的快慢，所以ａ常??用來(lái)作為衡量鈍化速率的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。由于電流－時(shí)間的對(duì)數(shù)關(guān)系能夠簡(jiǎn)單而??－７－??

?北京科技大學(xué)博士學(xué)位論文???（１）原子位置交換模型??位置交換機(jī)制認(rèn)為：金屬表面氧化膜的生長(zhǎng)是通過(guò)陰離子，如０離子，??吸附在金屬表面與金屬陽(yáng)離子Ｍ形成ＭＯ對(duì)，然后Ｍ－０對(duì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致??所謂“位置交換”來(lái)完成，圖２－４為原子位置交換機(jī)制的示意圖。滿足原子??位置交換機(jī)制的鈍化暫態(tài)電流與鈍化膜厚度服從對(duì)數(shù)關(guān)系如下［２６］：??／＝ｋｅｘｐ（ＰＦ－＾－）?（２－６）??Ｋ．??式中ｋ、ｐ、Ｋ——常數(shù)；??ｈ—鈍化膜厚度；??Ｖ—穿過(guò)膜厚為Ａ的鈍化膜的電位降。??＾?ＯＱｏＱ?—?？?ｑ?？??８§８§。？?。—?８添〇％。〇Ｍ??ＯＯＣＴｏ?ｎ?ｏｃｐ〇?ｏｏｑ〇?°?°??ｏｏ〇ｌ＃?〇〇〇〇－？?〇Ｑ？ｉ（５？??０原子吸附在?Ｍ－Ｏ原子對(duì)通過(guò)旋?第二層Ｏ原子吸附??金屬表面?轉(zhuǎn)發(fā)生位置交換?Ｍ－Ｏ繼續(xù)旋轉(zhuǎn)罝換??圖２－４原子位置交換模型示意圖??（２）髙電場(chǎng)下金屬離子傳導(dǎo)模型（髙場(chǎng)模型）??Ｃａｂｒｅｒａ和Ｍｏｔｔ研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)金屬表面膜很薄時(shí)，例如金屬鈦和不銹鋼的??鈍化膜，但是在這層極薄氧化物膜上的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)竟然高達(dá)到１〇６？Ｈ＾Ｖｃｎｒ１，??因此，提出金屬表面氧化物的形成和鈍化膜的生長(zhǎng)是依靠金屬陽(yáng)離子在膜間??高電場(chǎng)作用下由金屬／膜界面向膜／溶液界面遷移來(lái)實(shí)現(xiàn)，圖２－５為高場(chǎng)離子??傳導(dǎo)模型的示意圖［２７］。金屬離子穿過(guò)固體的基本條件是離子本身具有足夠高??的能量以克服活化勢(shì)壘，而存在于極薄氧化物膜間的高電場(chǎng)，為離子在電場(chǎng)??方向上的遷移提供了便利。??■?Ｆ／Ｓ??，ｍｅｒｆａｃｅ?Ｈｉｇｈ?ＥｌｅｃｔｉｃＦｉｅｌｄ?ｌｎ，ｅｒｔａｃｅ??＿??Ｍｅｔ

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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