摘 要

海洋工程用材料的性能要求较之普通工业材料来说要严格得多，除了要求耐海水和海洋大气腐蚀之外，还要求其同时具备高性能和实用性等特点。钛的比强度高，无磁性，而且耐腐蚀，尤其是耐海水腐蚀和耐海洋气氛腐蚀，因此被称之为“海洋金属”，在海洋工程装备领域有非常广阔的应用前景。钛及钛合金优异的耐海水腐蚀性能是因为其表面存在着一层致密的钝化膜，不同环境下形成的钝化膜的性质不同，同时也直接决定了其耐蚀性能的不同。研究钛合金在含硫海水中形成的钝化膜的特性对其在沿海地区海洋工程上的应用具有重要的指导意义。

本课题针对pH对TA2（化学成分为W%：Fe 0.30、C 0.10、N 0.05、H 0.015、O 0.25、Ti 余量）在含硫海水中钝化膜特性的影响进行研究，通过对材料在不同的钝化膜形成电位下和不同pH下人工模拟海水溶液中形成的钝化膜进行电化学测量，确定不同的钝化膜形成电位和pH对钝化膜的厚度和施主密度的影响，通过点缺陷模型（PDM模型）建模和分析，对所得到的结果进行解释。结果表明：当施加的钝化膜形成电位增大时，钝化膜的厚度也会随之增大，而钝化膜的施主密度反而会降低；对于同种溶液来说，调节pH对材料的钝化膜的厚度以及点缺陷密度有着显著的影响。

关键词：钛合金，pH，电化学阻抗谱，Mott-Schottky曲线

Effect of pH on the passivation behavior of titanium alloy in sulfurous seawater

Abstract

Performance requirements of the materials used in ocean engineering is more strict than common industrial materials, except for seawater and Marine atmosphere corrosion, also to have high performance, high function at the same time, safety and reliability and practicability, etc. Titanium high specific strength, nonmagnetic, and corrosion resistance, resistance to sea water corrosion and Marine atmosphere corrosion, in particular, so called "Marine metal", in the field of Marine engineering equipment has a very broad application prospects. Titanium and titanium alloy excellent properties of seawater corrosion because of its surface there is a dense layer of passivation film, the nature of the formation of passive film under different environment, but also directly determines its corrosion resistant performance are different. The study on the characteristics of the passive film formed by titanium alloy in sulfur-bearing seawater is of great significance to its application in coastal Marine engineering.

This is a study of the effects of the blunt membrane properties in the sulfur in the water with the pH of TA2, and the effects of the blunt membrane properties in the sulfur in the salt water. Through to the material under different passivation membrane formation potential under different pH and passivation film formed in the artificial simulated seawater solution of electrochemical measurement, determine different passivation membrane formation potential and pH on the thickness of the passivation film and the impact of donor density, diffusion coefficient and the thickness of the point defects effects, and USES the point defect model to explain the results.

Keywords: Titanium alloy, pH, Electrochemical impedance spectroscopy ,Mott-Schottky curve.

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 钛及钛合金的应用现状 1

1.2.1 海水淡化装置 1

1.2.2 舰船工业 1

1.2.3 海上油气开发 2

1.2.4 沿海发电站 2

1.2.5 海港建筑 3

1.3 钝化理论 3

1.3.1钝化膜成膜理论 3

1.3.2 成膜机制的研究模型 5

1.4 pH对钝化薄膜的影响 5

1.5 本课题的研究意义 6

第二章 实验内容和方法 7

2.1实验材料 7

2.2实验准备 7

2.3实验方法 8

2.3.1实验方案设计 8

2.3.1实验材料制备 9

2.4实验材料的测试和表征方法 9

2.4.1 动态极化曲线 9

2.4.2 电化学阻抗谱（EIS） 9

2.4.3 Mott-Schottky曲线 11

2.4.4 计算点缺陷扩散系数D₀ 11

第三章 实验结果与讨论 12

3.1动电位极化曲线 12

3.2 电流-时间曲线 13

3.3 电化学阻抗谱（EIS） 14

3.4 Mott-Schottky曲线 17

3.5施主密度 19

3.6点缺陷扩散系数 20

第四章 结论 22

参考文献 23

致谢 25

第一章 绪论

1.1引言

当今世界，随着社会经济飞速发展和全球经济一体化，人类面临的首要难题就是资源短缺。海洋资源即能够给人类提供充足的食物，又蕴藏着丰富的医药原料，而矿产资源主要是能够提供石油和天然气等，而我们对于海洋潮汐、海上风能以及太阳能等的开发和利用，将会为人类的生存提供强劲的动力^[1-4]。因此海洋工程用材料的性能要求较之普通工业材料来说要严格得多，通常情况下，海洋工程上所使用的材料首要条件就是能够抵抗海水的腐蚀，同时还需要能够抵抗海洋中大气的腐蚀。而且，海洋工程使用的材料还需要兼顾其他几个方面，比如说要具备良好的性能、多方面的功能、安全性，还有实用性等多种特点^[2]。钛及钛合金有着很高的比强度，没有磁性，而且耐腐蚀，尤其是耐海水腐蚀和耐海洋气氛腐蚀，因此被称之为“海洋金属”，在海洋工程装备领域应用前景广阔。

1.2 钛及钛合金的应用现状

目前，钛及钛合金的应用前景非常的广阔，在很多领域里都有涉猎。比如说海上建立的一些沿海发电站，海港或是码头上建造的海港建筑。而且沿海地区的一些发电站中的凝汽器也开始逐渐换位钛材。我们可以从以下几个领域里详细的阐述一下。

1.2.1 海水淡化装置

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