304不锈钢微电极腐蚀行为研究

论文摘要

微系统(MEMS)技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业,是关系到国家科技发展、国防安全和经济繁荣的一项关键技术。材料的腐蚀失效是微系统领域的一个关键性问题。因此,研究微电极腐蚀行为特征,微电极与宏电极在腐蚀行为上的异同,以及尺寸效应对微电极表面电化学反应、表面传质过程的特征和点蚀敏感性的影响,对MEMS的发展具有重要意义。本文采用飞秒激光加工技术制作了304奥氏体不锈钢微悬臂梁试样,利用搭建的微动实验平台将微试样封装制作成微电极。研究了304不锈钢微悬臂梁电极在0.9%NaCl溶液中的腐蚀疲劳行为以及电化学阻抗谱特征,探讨了微系统与宏系统的腐蚀行为特征和规律。同时,制作了系列微盘电极,采用动电位扫描、交流阻抗(EIS)和电化学噪声(EN)等电化学方法研究了304不锈钢在3%NaCl溶液中的腐蚀电化学行为,讨论了尺寸效应对微电极表面电化学反应、传质过程的特征和点蚀敏感性的影响。腐蚀性介质极大地降低微悬臂梁试样疲劳寿命;宏电极阻抗谱表现出很大的容抗弧特征,阳极过程是整个反应的控制步骤,而微悬臂梁电极阳极过程表现为电化学控制,阴极过程是电化学放电和传质过程共同作用的结果,阴极过程是整个反应的控制步骤。随着电极面积的不断减小,极限扩散电流密度增大,极限扩散电流密度与电极直径间具有非线性关系,表明是非线性扩散作用导致微电极的扩散动力学和腐蚀行为发生变化。微电极的尺寸效应对其腐蚀行为的影响主要表现为:随着电极尺度的减小,极限扩散电流密度增大,溶液阻抗减小,双电层电容增大,自腐蚀电位逐渐负移,腐蚀电流密度逐渐增大。几何尺寸对点蚀敏感性有显著的影响,电极面积越小,越难产生亚稳态小孔腐蚀的噪声电位峰和噪声电流峰,直径小于200微米的电极表现为均匀腐蚀,在微尺度下,局部腐蚀(点蚀)发生的可能性大大降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 微系统概述
• 1.2 微系统的腐蚀
• 1.3 微电极概述
• 1.4 本课题的研究意义、研究内容、创新之处和实验步骤
• 2 试验方法
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料和实验仪器
• 3 结果与讨论
• 3.1 0.9% NaCl溶液中微电极腐蚀行为研究
• 3.2 3%NaCl溶液中尺寸效应对腐蚀电化学行为的影响
• 4 全文总结
• 致谢
• 参考文献