铜及铜镍合金作为常用耐腐蚀材料被广泛应用在海上运输、石油化工及海水淡化等领域,稀土元素的加入能够大大改善铜及铜镍合金的耐蚀性能。目前,稀土在钢铁、铝及镁合金中的应用较为成熟,但在铜及铜镍合金中的应用比较欠缺,国内外关于稀土在铜及铜镍合金中应用的研究成果发表也较少。因此,本论文研究稀土镧对铜及铜镍合金耐蚀性能的影响,为开发生产高性能铜及铜镍合金提供理论依据。本文采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段研究了样品表面腐蚀产物的形貌与组成;利用电化学的方法测试了样品的电化学阻抗,对比稀土镧添加前后铜及铜镍合金的电化学腐蚀性能;利用X光电子能谱(XPS)研究了 B10合金表面钝化膜的组成,根据Mott-Schottky(M-S)曲线并结合点缺陷模型(PDM)计算样品阳极钝化膜的相关参数,探讨稀土镧的添加对B10合金钝化膜半导体性能的影响。研究表明:(1)纯铜在NaCl溶液中浸泡后生成Cu20和Cu2(OH)3Cl等腐蚀产物,其中,Cu2(OH)3Cl呈三角颗粒状;添加稀土镧之后的铜合金生成片状的La203腐蚀产物;合金中网格状分布的CuLa中间相具有较大的体积分数,可以在合金表面形成阻挡层,改善纯铜的耐腐蚀性能。(2)B10铜镍合金表面的腐蚀产物是由Cu20和Cu2(OH)3Cl等物相组成,样品在浸泡初期,生成了具有保护作用的Cu20产物膜,电化学阻抗弧径随时间延长而增大;浸泡后期,Cu2O与Cl-发生反应,导致电化学阻抗弧径减小。(3)添加稀土镧的B10合金样品表面腐蚀产物除了 Cu20外,还形成了片状的LaOOH和大小不一的球状Cu2(OH)3Cl;样品在NaCl溶液中的电化学阻抗弧径增大后趋于稳定;浸泡不同时间段的电化学阻抗拟合结果表明,含稀土镧的B10合金其电荷转移电阻Rct增大幅度比B10合金大;在相同的浸泡时间下,含稀土镧的B10合金其电荷转移电阻Rct比B10合金大。稀土镧的添加可以增加B10合金表面产物膜的稳定性,提高了 B10合金的耐腐蚀性能。(4)B10合金与添加稀土镧的B10合金在NaOH溶液中均具有良好的钝化性能。电化学阻抗弧径随阳极钝化电位升高而增大,且相同阳极钝化电位下,添加稀土镧的B10合金其电荷转移电阻Rct比B10合金大。XPS测试结果表明,B10合金表层钝化膜为双层结构,内层是致密的Cu2O,外层形成CuO/Cu(OH)2/Ni(OH)2,稀土镧添加之后合金钝化膜中掺入La203;稀土镧添加前后的B10合金表面钝化膜均为p-型半导体;稀土镧的添加能够提高B10合金表面钝化膜的电阻率,阻碍膜层中离子与电子的扩散,从而提高B10合金的电化学腐蚀性能。
