什么是金屬表面鈍化?
鈍化是使金屬表面轉(zhuǎn)化為不易被氧化的狀態(tài),而延緩金屬的腐蝕速度的方法。另外,一種活性金屬或合金,其中化學(xué)活性大大降低,而成為貴金屬狀態(tài)的現(xiàn)象,也叫鈍化。
一、基本含義
鈍化,金屬由于介質(zhì)的作用生成的腐蝕產(chǎn)物如果具有致密的結(jié)構(gòu),形成了一層薄膜(往往是看不見(jiàn)的),緊密覆蓋在金屬的表面,則改變了金屬的表面狀態(tài),使金屬的電極電位大大向正方向躍變,而成為耐蝕的鈍態(tài)。如Fe→Fe2+時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電位為-0.44V,鈍化后躍變到+0.5~1V,而顯示出耐腐蝕的貴金屬性能,這層薄膜就叫鈍化膜。
金屬的鈍化也可能是自發(fā)過(guò)程(如在金屬的表面生成一層難溶解的化合物,即氧化物膜)。在工業(yè)上是用鈍化劑(主要是氧化劑)對(duì)金屬進(jìn)行鈍化處理,形成一層保護(hù)膜。常見(jiàn)例子:冷濃硫酸、冷濃硝酸與鐵、鋁均可發(fā)生鈍化。
二、腐蝕定義
腐蝕是一種電化學(xué)變化過(guò)程,未經(jīng)處理的金屬表面存在少量電離子,這些電離子會(huì)由高電位區(qū)(陰極)向低電位區(qū)(陽(yáng)極)移動(dòng),因此產(chǎn)生電流。在此電流的作用下會(huì)加速對(duì)金屬破壞性的攻擊而在金屬電位薄弱的部位產(chǎn)生腐蝕,通俗的說(shuō)就是生銹。
三、鈍化原理
其鈍化的機(jī)理可用薄膜理論來(lái)解釋,即認(rèn)為鈍化是由于金屬與氧化性物質(zhì)作用,作用時(shí)在金屬表面生成一種非常薄的、致密的、覆蓋性能良好的、牢固地吸附在金屬表面上的鈍化膜。這層膜成獨(dú)立相存在,通常是氧化金屬的化合物。它起著把金屬與腐蝕介質(zhì)完全隔開(kāi)的作用,防止金屬與腐蝕介質(zhì)接觸,從而使金屬基本停止溶解形成鈍態(tài)達(dá)到防腐蝕的作用。
四、與防銹油
鈍化與防銹油最主要的區(qū)別是生成產(chǎn)物不一樣;防銹油是利用油膜封閉金屬表面的氣孔達(dá)到隔離與氧氣接觸而有效防止生銹的作用,實(shí)際上沒(méi)有發(fā)生什么反應(yīng)。油膜比較容易隨著生產(chǎn)的進(jìn)行而被清除、破壞的失效;而鈍化是利用鈍化液中的氧化性物質(zhì)與金屬產(chǎn)生氧化還原反應(yīng),促使在金屬表面生成一層金屬的氧化物、達(dá)到有效保護(hù)金屬的目的。這一過(guò)程屬于化學(xué)反應(yīng)。產(chǎn)生的鈍化膜致密、完整不易被破壞。
五、鈍化優(yōu)點(diǎn)
1)與傳統(tǒng)的物理封閉法相比,鈍化處理后具有絕對(duì)不增加工件厚度和改變顏色的特點(diǎn)、提高了產(chǎn)品的精密度和附加值,使操作更方便。
2)由于鈍化的過(guò)程屬于無(wú)反應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行,鈍化劑可反復(fù)添加使用,因此壽命更長(zhǎng)、成本更經(jīng)濟(jì)。
3)鈍化促使金屬表面形成的氧分子結(jié)構(gòu)鈍化膜、膜層致密、性能穩(wěn)定,并且在空氣中同時(shí)具有自行修復(fù)作用,因此與傳統(tǒng)的涂防銹油的方法相比,鈍化形成的鈍化膜更穩(wěn)定、更具耐蝕性。
在氧化層中大部分的電荷效應(yīng)是直接或間接地同熱氧化的工藝過(guò)程有關(guān)的。在800~1250~C的溫度范圍內(nèi),用干氧、濕氧或水汽進(jìn)行的熱氧化過(guò)程有三個(gè)持續(xù)的階段,首先是環(huán)境氣氛中的氧進(jìn)入到已生成的氧化層中,然后氧通過(guò)二氧化硅向內(nèi)部擴(kuò)散,當(dāng)它到達(dá)Si02-Si界面時(shí)就同硅發(fā)生反應(yīng),形成新的二氧化硅。這樣不斷發(fā)生著氧的進(jìn)入—擴(kuò)散—反應(yīng)過(guò)程,使靠近界面的硅不斷轉(zhuǎn)化為二氧化硅,氧化層就以一定的速率向硅片內(nèi)部生長(zhǎng)。
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