铀表面电弧离子镀Ti-N薄膜耐蚀性能及腐蚀机理研究

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在铀表面利用电弧离子镀技术,在不同气体分压、不同脉冲偏压下制备了 TiN 单层膜和 Ti/TiN 多层薄膜。对薄膜的耐蚀性能进行了研究,KCl 溶液浸泡腐蚀实验在烧杯中完成, 腐蚀介质为:50μg/gCl-的 KCl 溶液,温度25℃,每种样品取三个试样,将试样用蒸馏水清洗干净后并用乙醇脱水后自然晾干,用 Metter 电子天平(感量0.1mg)称取试样腐蚀前原始重量 W0,然后放入盛50μg/gCl-的 KCl 溶液的烧杯中进行腐蚀实验,开始每隔一天取出晾干并称量 Wt,5天后每隔5天取一次样进行称种,称重完毕放入烧杯中继续进行腐蚀,直至实验结束,单位面积的增重量按式ΔW=(Wt-Wo)/S 计算。结果表明,裸露 U 在溶液中的腐蚀动力曲线初期由线形到抛物线形,后期呈线形趋势增加。表明开始阶段腐蚀严重,随着氧化产物的生成,能一定程度的阻碍腐蚀的加重,呈抛物线趋势,当氧化层被腐蚀介质穿透后,腐蚀加剧,使得腐蚀动力学曲线后期呈线形变化。不同 N2分压和脉冲偏压下的多层膜样品(100V 直流偏压作用下的多层膜除外)在氧化初期增加较慢,2天后腐蚀快速增加,到 5天后几乎呈线形增加的趋势,表明这类多层膜在 Cl-介质溶液中初期能有效的抵挡 Cl-的腐蚀,但是由于膜中存在的一些小微孔和其它缺陷使得 Cl-逐渐穿过阻挡层到达基体,形成电偶腐蚀,从而使得腐蚀快速增加,其它工艺下的薄膜由于存在较多的缺陷,腐蚀介质很容易到达 U 基,腐蚀一开始就进行迅速,所以曲线呈快速增加的趋势。Cl-腐蚀和极化实验表明:不同样品抗腐蚀性能存在很大差别,相比较而言,单层膜抗腐蚀性能更差,而多层膜中 N2分压对抗腐蚀性能影响没有明显规律,脉冲偏压对其抗腐蚀性能影响更大。性能最好的 800V 脉冲偏压下样品,在50μg/gCl-溶液阳极极化实验显示,Ecorr升高了约714mV,Icorr降低了约2个数量级。Cl-腐蚀和电化学腐蚀机理研究表明:单层膜为贯穿基体的缺陷失效,抗腐蚀性能差;而多层膜提高抗腐蚀性能源于层状失效,使得腐蚀介质到达基体更加困难,抗腐蚀性能优良。
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