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离子注入在铅、镍和铝腐蚀与防护中的应用

廖世国  
【摘要】: 离子注入技术作为金属表面处理的一种新技术,其独特的优点将越来越为人们所注意。该文通过离子注入在金属防腐、电极改性方面的应用,来说明离子注入技术在金属表面处理中的优越性。 该文借鉴通量传递的方程,创新地提出了离子注入过程的传热方程,并推导出描述试样温度的公式,得到了不同条件下离子注入所允许的时间最大值的计算方法。 该文研究了钛离子注入剂量及加速能量对铅和铅-4%锑合金腐蚀行为的影响。钛离子注入有利于抑制铅腐蚀的阳极过程,但加速了氢的析出。在钛的注入剂量过高时,钛表面浓度很大,其偏析严重,可在表面上形成新的微电池,促进腐蚀发生,同时也降低了氢析出过电位,因而加快了铅在硫酸中的腐蚀,但若钛离子的注入剂量太小将使钛在表面保护层中的浓度降低,从而达不到较好的防腐蚀效果。 采用控制电流暂态技术研究可知,在不同钛注入剂量下,在铅表面上氢析出过电位的减小比在铅-4%锑表面上更为严重,特别是当钛离子注入剂量超过5×10~(16)atoms.cm~(-2)时,在铅表面上氢析出过电位的减小更加迅速,而在铅-4%锑合金表面氢析出过电位缓慢减小。因此,钛离子注入对铅-4%锑合金腐蚀性能的改善比对铅更为明显。从试验可知,钛离子加速能量控制在60keV附近为宜。 该文还通过俄歇电子能谱法(AES)、电子显微分析(SEM)和能量弥散X射线分析(EDAX)等方法来研究论证钛离子注入对金属腐蚀防护中的作用,通过俄歇电子能谱法(AES)、电子显微分析(SEM)和能量弥散X射线分析(EDAX)等方法研究钛离子注入对铅和铅-4%锑合金腐蚀的影响,其结果与用电化学方法研究得到的结论相似。 该文尝试采用其它一些金属作为离子源材料,注入铅和铅-4%锑合金中,来了解离子注入技术对金属防腐的影响,所得结果与钛离子注入一样,其他金属的注入也可以大大改善铅和铅-4%锑合金的防腐性能。 该文还研究了钴离子注入对镍电极性能的改良。通过电流阶跃法研究碱性镍电极上Ni(OH)_2/NiOOH电对的电化学反应,用充电电流、放电电流作为电极性能改良的评价指标。充放电流的大小对镍电极性能有明显影响,主要表现在对镍电极上氢气和氧气析出反应过电位的增加与减小。用离子注入技术将钴元素引入镍电极表面可提高镍电极的充电效率,这是因为引入的钴使活性物质反应的电位降低或更接近其平衡电位,远离氧 重庆大学工程硕士论文 摘要 气的析出电位,影响到充放电时气体的析出反应,特别是减缓了镍电极充电过程中副反 应的发生。研究表明,在钻离子注入之后,转化到NOOH的N(Oe量锹增加。 该文通过钛离于注入金属铝中来研究其耐氯离子孔蚀能力,结果表明,钛离子的注 入到金属铝表面可以提高它的耐氯离子孔蚀的能力。 总之,随着离子注入技术在材料表面改性的范围不断扩大,对其进行的研究日益深 入。相信在不久的将来,离子注入及其衍生技术必将成为材料表面改性的一种重要手段。


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