氢对纯镍钝化膜的影响
氢在Cr_2O_3中扩散机制的第一性原理研究
图 2 Cr2O3_H 体系能量随 H 原子位置的变化 (a) H 原子沿着无原子占据的Ｏ八面体间隙的中轴线添加, 其中α为间隙中心位置, β 为体系能量最低位置, γ 为分数坐标为 0.26 的位置, 曲线
中心位置对应间隙中心; (b) H 原子沿着无原子占据的Ｏ八面体间隙的对角线添加, 曲线中心位置对应间隙中心
27
陈长风等: 氢在 Cr2O3 中扩散机制的第一性原理研究
2.3 晶格畸变
表 2 为 H 原子位于α, β 和γ 位置时八面体间隙上 端面 O 原子间的距离, 其中α, β 和γ 位置如图 2(a)中 所示. 由表 2 可知, H 原子位于α, β和γ位置引起上 端面 O 原子间距离的增量分别为 0.035 Å, 0.067 Å 和 0.083 Å, 以上结果说明 H 原子的位置由间隙中心向 端面靠近时, 晶格的畸变程度增加.
中国科学: 技术科学
论文
2011 年 第 41 卷 第 1 期: 25 ~ 31
《中国科学》杂志社
SCIENCE CHINA PRESS
氢在 Cr2O3 中扩散机制的第一性原理研究
陈长风*, 于浩波, 郑树启
中国石油大学(北京)材料科学与工程系, 北京 102249 * E-mail: chen_c_f@
英文版发表信息: Chen C F, Yu H B, Zheng S Q. First-principles study of hydrogen diffusion mechanism in Cr2O3. Sci China Tech Sci, 2010, 53: 88−94, doi: 10.1007/ s11431-010-4112-3
关键词
Cr2O3 H 原子 第一性原理 扩散系数
氢对纯镍钝化膜的影响
6 期 曾一民等 :氢对纯镍钝化膜的影响 323
Fig. 3 Open circuit potential vs time for passive film on nickel 12uncharged ; 22hydrogen pre2charged with 4mA/ cm2 ;32hydrogen pre2charged with 10mA/ cm2
摘要 研究了氢对纯镍阳极极化和钝化膜形成及耐蚀性能的影响 。结果表明 :预充氢会降低 纯镍的自腐蚀电位 ,使其出现明显的活化区和临界钝化电流 ,缩短钝化区域 ;提高钝化电流密 度和延长钝化膜的形成时间 。固溶氢降低钝化膜的稳定性 ,增大膜的自活化能力 ;并导致钝化 膜出现明显的孔蚀 ,膜的孔蚀电位随固溶氢含量的增加而降低 。 关键词 氢 ,阳极极化 ,钝化膜 ,孔蚀
Ecorr =
EN0 i
+
2.
303 RT 2F
Log
[
H+
1
]2
[ Ni2
1
+
]
[ H吸附 ] 2
- E饱和甘汞
(1)
对不充氢的试样 ,由于空气中的氢也会在试样表面吸附氢原子 ,故其自然腐蚀电位
为:
E0corr =
EN0 i
+
2
.
303 2F
RT
Log
[H+
1
]2
[ Ni2
+
[
H0吸附
]
1 2
]
- E饱和甘汞
阴极预充氢后 ,在 Ni 表面会形成氢的吸附层 。氢在表面的吸附层受表面 H 的覆盖 度 的控制 。充氢电流密度越大 ,金属表面氢的覆盖度越大 ,进入金属基体的氢量就 可能相应地增加 。预充氢过程中 ,氢扩散进入金属的深度 X 为[9] :
金属镍的电化学腐蚀行为及其影响因素
金属镍的电化学腐蚀行为及其影响因素摘要：本文主要探讨金属镍的电化学腐蚀行为，采用阳极极化曲线等对金属镍腐蚀程度进行分析，探讨有关酸种类、浓度等给金属镍电化学腐蚀行为产生的影响，以供参考。
关键词：金属镍；电化学；腐蚀行为；影响因素在人们的日常生活中，金属腐蚀现象一直存在，且不同程度给人们造成了影响和困扰，要解决这个问题，最直接的方式就是应用耐腐蚀金属。
其中，单金属腐蚀就需要对其复杂性进行研究，尤其是考虑其所处环境和条件，另外还要考虑到腐蚀所受到的水解、离解等作用影响，还有所处条件对其速率的影响等等。
1.关于实验的分析1.1主要试剂与仪器镍片，无水乙醇，丙酮，硫酸，硝酸，氯化钾。
CHI 660B 型电化学工作站，铂片电极，Ag/AgCl电极。
1.2实验内容1.2.1工作电极的制备将镍片剪成20条宽度为5mm的条状，用0~5号金相砂纸将工作电极表面打磨、抛光，使其成镜面。
将打磨好的电极用水冲洗干净后用滤纸吸干，再用乙醇、丙酮等除去工作电极表面的油。
1.2.2不同酸中金属镍阳极极化曲线、tafel曲线与交流阻抗谱在室温下，采用三电极体系分别测量不同种类介质中金属镍的阳极极化曲线、tafel曲线和交流阻抗谱。
采用循环伏安法测量金属镍的阳极极化曲线，扫描速率为10mV/s，研究酸的种类对金属镍的击破电位、法拉第电位、钝化电位、钝化电流等参数的影响[1]。
采用电位扫描方法测量金属镍的tafel曲线，扫描速率仍为10mV/s，研究酸的种类对腐蚀电位和腐蚀电流的影响。
测量金属镍的交流阻抗谱时，分别在低频为0.1Hz和高频为100000Hz的条件下，测量不同酸对金属镍的交流阻抗谱的影响。
1.2.3不同浓度的硫酸中金属镍阳极极化曲线、tafel曲线和交流阻抗谱在室温下，分别测量不同浓度的硫酸介质中，金属镍阳极极化曲线、tafel 曲线和交流阻抗谱，考察酸的浓度对金属镍的阳极极化曲线、tafel 曲线和交流阻抗谱的影响，寻找变化规律，测量条件如上。
析氢对镀层的影响
核心提示：在电镀过程中，大多数镀液的阴极反应，除金属离子的沉积外，还伴随着有氢气
的析出。
在有些情况下，阴极上极出的氢，会使镀层出现如下几种疵
在电镀过程中，大多数镀液的阴极反应，除金属离子的沉积外，还伴随着有氢气的析出。
在有些情况下，阴极上极出的氢，会使镀层出现如下几种疵病。
1.针孔或麻点氢气呈气泡形式粘附在阴极表面上，阻止金属在这些部位沉积，它只能沉积在气泡的周围，如果氢气泡在整个电镀过程中一直停留在阴极表面，则镀好的镀层就会有空洞或贯通的缝隙；若氢气泡在电镀过程中粘附得不牢固，而是间歇交替地逸出和粘附，那么这些部位将形成浅坑或点穴，在电镀工业中通常称它为针孔或麻点。
氢气的析出，不一定会造成针孔或麻点，如镀铬过程中，阴极上有大量的氢气析出，但很少使铬层产生针孔，只有当析出的氢气能粘附在阴极表面上，才会产生针孔或麻点。
2.鼓泡电镀以后，当周围介质的温度升高时，聚集在基体金属内的吸附氢会膨胀而使镀层产生小鼓泡，严重地影响着镀层的质量。
这种现象在电镀锌、镉、铅等金属时尤为明显。
3.氢脆氢离子在阴极还原后，一部分形成氢气逸出，一部分以原子氢的状态渗入基体金属及镀层中，使基体金属及镀层的韧性下降而变脆，这种现象叫做“氢脆”。
高强度钢及弹性零件对氢脆较为敏感。
镀层金属中以铬的吸氢量较大，铁族金属次之，锌最小。
其它金属镀层的吸氢量则更小，甚至不存在。
为消除或减小氢脆的不良影响，可在镀后进行高温除氢处理。
氢对不锈钢钝化膜破裂应力的影响
氢对不锈钢钝化膜破裂应力的影响
不锈钢材料在现代日常生活中应用广泛，并且这种金属的耐腐蚀性良好，耐用性强。
然而，在其表面形成一层厚厚的钝化膜对于不锈钢结构和性能有着重要的作用。
实验表明，在氢气环境中，与在空气中比较，不锈钢钝化膜的破裂应力可以显著提高。
简而言之，接
触氢气环境可以改善不锈钢表面钝化膜的强度，从而提高不锈钢的抗腐蚀性能。
氢作为一种单原子气体，可以使不锈钢表面形成一层细致的、均匀的、高质量的氢氧
化物膜。
由于储氢的能力和单原子的特性，与一般性的氧化物或氯化物出现不同。
人们发现，在氢气环境下，不锈钢表面氢氧化物膜具有较高的硬度，反而在空气中生成的膜比较软，这就是氢膜破裂强度比其他膜显著高的原因。
实验表明，在氢气环境中，不锈钢表面的氢氧化物膜的厚度可以由薄到中等，其结构
和组成常可以通过探针分析仪和扫描电子显微镜来确定。
此外，在氢气环境中，不锈钢表
面的氢氧化物膜中的氢原子有更好的分散性，氢氧化物膜的强度也更强，这就是氢可以提
高不锈钢钝化膜破裂应力的主要原因。
氢在金属镍台阶表面上吸附的理论研究
氢在金属镍台阶表面上吸附的理论研究近年来，氢在金属表面上的吸附机理受到学界的广泛关注。
氢是一种轻质助剂，在许多金属的表面上能够形成均匀的、强紧凑的受控薄膜，从而影响材料的电子结构，物理和化学性质。
此外，在金属表面上形成的氢膜还可以有效地阻止金属表面受到氧化和污染，从而改善材料的力学和/或化学性能。
金属镍是一种重要的工程材料，具有抗腐蚀，耐高温和低温性能优越的金属材料，广泛应用于汽车、航空、工业、公共设施等行业。
因此，研究金属镍表面上氢的吸附机理及其影响其导电性、耐腐蚀性和力学特性的因素对于改善金属镍材料的性能非常重要。
首先，本文将研究金属镍表面上氢的吸附机理。
金属镍表面的氢吸附可以使金属的电子构型发生变化，影响金属材料的导电性能。
由于氢原子小，它们与金属原子之间的作用力较弱，形成的受控薄膜体系中更易于存在空位。
在氢原子吸附过程中，氢原子可以与金属镍表面上的金属原子结合，形成氢原子缺失的排列结构。
其次，本文将研究受氢态影响的金属镍表面腐蚀行为和耐腐蚀性问题。
氢在金属表面上的吸附可以延长材料的寿命，因为在金属表面形成的氢膜可以有效地抑制金属的氧化和腐蚀，从而改善材料的耐腐蚀性。
通过研究受氢态影响的金属表面的腐蚀行为，可以更好地探索氢在金属表面上的吸附及其影响材料性能的机理，有助于优化金属材料的结构设计，减少金属表面的腐蚀，提高材料的耐腐蚀性能。
最后，本文将研究金属镍表面氢原子的吸附对其力学性能的影响。
氢在金属表面上的吸附剂可以改变金属材料的电子和结构，使金属材料更有利于形成紧凑的晶格。
氢的吸附可以缩短金属的力学性能，改善金属的抗拉强度和抗压强度，因此氢原子的吸附可以改善材料的力学性能。
综上所述，研究金属镍表面上氢的吸附机理和其影响材料性能的因素具有重要意义，不仅可以改善材料的电子结构，而且可以改善材料的耐腐蚀性和力学性能。
研究的结果为金属镍材料的表面处理提供了重要的理论指导，对于开发出更具耐腐蚀性和力学性能的高性能金属镍材料具有重要的实际意义。
加氢对材料的影响
氢气是一种能渗透到金属材料内部并在常温或高温下引起材料变性(恶化)的介质。
常温下能引起金属材料的脆化和变形等,高温下能导致金属材料的腐蚀,常温下它能引起许多金属材料的反应力腐蚀开裂,高温下它能引起金属材料的快速均匀腐蚀氢气专用阀门采用铍青铜,铝青铜合金材料,经过大型摩檫压力机模锻而成,防爆性能达到最高IIC级,适用于各种浓度浓度的氢气环境中作业,不产电火花.或者推荐你选择国外的阀门安全系数更高一些应该还得说清楚温度，氢腐蚀在不同温度的腐蚀相差很大给你点意见1.氢鼓包定义：氢原子扩散到金属内部（大部分通过器壁），在另一侧结合为氢分子逸出。
如果氢原子扩散到钢内空穴，并在该处结合成氢分子，由于氢分子不能扩散，就会积累形成巨大内压，引起钢材表面鼓包甚至破裂的现象称为氢鼓包。
低强钢，尤其是含大量非金属夹杂物的钢，最容易发生氢鼓包。
产生氢鼓包的腐蚀环境：介质中通常含有硫化氢、或者砷化合物、或者氰化物、或者含磷离子等毒素。
这些介质阻止了放氢反应。
预防措施：消除毒素介质；如果不能消除，选用空穴少的镇静钢，也可采用对氢渗透低的奥氏体不锈钢。
或者采用镍衬里、衬橡胶衬里、塑料保护层、玻璃钢衬里等；有时加入缓蚀剂。
体心立方晶格的致密度为0.68（即晶格中有68％的体积被原子所占据，其余为空隙），配位数为8（配位数越大，原子排列越紧密，空隙越小）；面心立方晶格和密排六方晶格的致密度为0.74，配位数为12。
2.氢脆定义：在高强钢中金属晶格高度变形，氢原子进入金属后使晶格应变增大，因而降低韧性及延性，引起脆化，这种现象为氢脆。
氢脆与钢内的空穴无关，所以仅仅靠使用镇静钢无效。
预防措施：选用对氢脆不敏感的材料，如选用含Ni、Mo的合金钢。
在制造过程中，尽量避免或减少氢的产生。
3.氢蚀定义：在高温高压环境下，氢进入金属内与一种组分或元素产生化学反应使金属破坏，称为氢蚀。
如在200℃以上氢进入低强钢内与碳化物反应生成甲烷气体，这种气体占有很大体积使金属内产生小裂缝及空穴，从而使钢变脆，在很小的形变下即破裂。
氢气在镍催化剂表面的吸附过程
氢气在镍催化剂表面的吸附过程镍是一种常用的催化剂，具有较高的催化活性和选择性。
在催化剂表面吸附氢气的过程中，通常会经历物理吸附和化学吸附两个阶段。
物理吸附是指氢气分子通过范德华力与催化剂表面相吸引而吸附在催化剂表面的过程。
氢气是一种非极性分子，而镍是一种金属，具有较强的分散力。
当氢气分子靠近镍催化剂表面时，电子云的密度变化会引起表面镍原子电子云的极弱变化，从而产生范德华吸引力，使氢气分子吸附在催化剂表面。
物理吸附是一个可逆的过程，吸附的热力学平衡常数与温度有关，随着温度的升高，物理吸附的强度减小。
化学吸附是指氢气分子通过在催化剂表面与表面原子或空位发生化学键形成化合物的方式吸附在催化剂表面的过程。
化学吸附是一个不可逆的过程，吸附的热力学平衡常数与吸附物的化学性质和表面原子的配位数有关。
在镍催化剂表面的化学吸附过程中，通常会形成镍与氢的化学键，产生金属氢化物化合物。
这种化学键的形成是通过氢气分子中的H-H键断裂，H原子与表面上的镍原子形成Ni-H键。
在吸附过程中，吸附位点的选择对于催化反应的性质具有重要影响，通常有两种吸附位点：吸附在表面氧化物上的位点和吸附在表面金属上的位点。
对于镍催化剂而言，氧化态镍表面上的氧化物位点主要通过铁法和环均烷醇法获得。
吸附在氧化物位点上的氢气分子，主要与表面氧形成OH基团。
吸附在表面金属位点上的氢气分子，则主要与表面金属原子形成金属氢化物。
氢气在镍催化剂表面的吸附过程对于催化反应至关重要。
以加氢反应为例，当加氢反应物（例如烯烃）进入催化剂表面附近时，吸附在表面的氢气分子会与加氢反应物发生反应，破坏其π键，使其成为饱和化合物。
这个过程通常需要较高的吸附能垒，所以通常需要一定的活化能。
氢气在镍催化剂表面的吸附过程决定了加氢反应的速率和选择性。
总之，氢气在镍催化剂表面的吸附过程是一个复杂的过程，涉及到物理吸附和化学吸附两个阶段。
吸附位点的选择和吸附能垒的大小对于催化反应的速率和选择性具有重要影响，深入研究氢气在催化剂表面的吸附过程对于改进催化剂的性能和提高催化反应的效率具有重要意义。
除氢和钝化处理 04
除氢处理除氢处理，也称去氢处理，一般对电镀前后必须进行工序，特别是对高强度高硬度的零件在电镀工艺中。
基本信息•中文名称除氢处理•目的降低氢脆的影响降低到最低限度氢脆的原理与预防零件镀锌过程中，除锌的电沉积外，往往伴随有氢离子还原析氢的副反应。
氢还原一部分变成气体逸出，还有一部分以氢的原子形态渗入到镀层和基体金属晶格的点阵中去，造成晶格歪扭，零件内应力增加，镀层和基体变脆，人们称之为氢脆。
氢脆对材料的力学性能危害很大，如不除去，会影响零件的寿命，甚至造成机器的破坏事故。
因此某些钢材或用于特殊条件下的零件，必须进行除氢处理，例如飞机上使用的镀锌件都要经过除氢处理。
弹性零件和高强度钢上镀锌也需要进行除氢。
除氢采用加热处理法将氢从零件内部赶出去。
除氢效果与除氢温度、保温时间有关。
温度高，时间长除氢越彻底。
但加热温度不能太高，超过250℃锌结晶组织变形、发脆，耐蚀性明显下降。
一般用l90℃~230℃，2h~3h。
渗碳件和锡焊件除氢温度是140℃~l60℃，保温3h。
在任何电镀溶液中,由于水分子的离解,总或多或少地存在一定数量的氢离子。
因此,电镀过程中,在阴极析出金属(主反应)的同时,伴有氢气的析出(副反应)。
析氢的影响是多方面的,其中最主要的是氢脆。
氢脆是表面处理中最严重的质量隐患之一,析氢严重的零件在使用过程中就可能断裂,造成严重的事故。
表面处理技术人员必须掌握避免和消除氢脆的技术,氢脆的影响降低到最低限度。
氢脆氢脆通常表现为应力作用下的延迟断裂现象。
曾经出现过汽车弹簧、垫圈、螺钉、片簧等镀锌件,在装配之后数小时内陆续发生断裂,断裂比例达40%~50%。
某特种产品镀镉件在使用过程中曾出现过批量裂纹断裂,曾组织过全国性攻关,制订严格的去氢工艺。
另外,有一些氢脆并不表现为延迟断裂现象,例如:电镀挂具(钢丝、铜丝)由于经多次电镀和酸洗退镀,渗氢较严重,在使用中经常出现一折便发生脆断的现象;猎枪精锻用的芯棒,经多次镀铬之后,堕地断裂;有的淬火零件(内应力大)在酸洗时便产生裂纹。
氢对不锈钢钝化膜破裂应力的影响
氢对不锈钢钝化膜破裂应力的影响钢材表面常常需要进行钝化处理，以增强抗腐蚀能力，降低维护成本，同时保持其机械性能。
不锈钢钝化膜是一种常用的钝化技术，它利用氢的保护作用，生成含有氢的氧化物层，形成致密的保护层，从而实现钝化处理的效果。
氢在不锈钢钝化膜中发挥关键作用。
在不锈钢的晶界和晶粒表面，氢气能够形成含氢的氧化物层，增加了不锈钢的抗腐蚀能力。
同时，氢还能改变不锈钢钝化膜的结构，形成细小的区域，从而降低其破裂应力。
氢在不锈钢钝化膜表面的吸附量大小也会影响不锈钢表面的性能。
增加氢的吸附量可以使不锈钢的钝化膜更加均匀，提高其表面的抗腐蚀性。
而且，增加氢吸附量会使不锈钢钝化膜的破裂应力降低，提高不锈钢表面的抗冲击性能。
但是，过多的氢也会对不锈钢钝化膜有害。
当吸附量大于特定值时，氢会使不锈钢钝化膜变薄，从而降低不锈钢表面的抗腐蚀能力，同时也会降低不锈钢钝化膜的破裂应力，损害不锈钢表面的机械性能。
因此，对于不锈钢钝化膜的破裂应力，氢的合理量大小起到至关重要的作用。
氢的合理量不仅可以保护不锈钢表面的机械性能，而且可以提高不锈钢表面的抗腐蚀性和抗冲击性能。
为了控制不锈钢钝化膜的破裂应力，专家们提出了多种控制氢吸附量的方法。
其中，最常用的方法是改变氢气压力和热处理温度，以调节氢吸附量，从而降低不锈钢钝化膜的破裂应力。
此外，还有一些采用气体流动来控制氢吸附量的方法，例如使用脉冲氮气和氢气进行重复曝气处理，以控制不锈钢钝化膜的破裂应力。
因此，当我们使用不锈钢钝化技术时，必须正确控制氢的吸附量，以保护不锈钢表面的抗腐蚀性能和机械性能，保证不锈钢的长期性能。
综上所述，氢在不锈钢钝化技术中起着重要的作用，其吸附量大小决定着不锈钢钝化膜的破裂应力，从而决定着不锈钢表面的抗腐蚀性能和机械性能。
因此，在使用不锈钢钝化技术时，必须正确控制氢的吸附量，才能保证不锈钢的长期性能。
氢对纯镍及690合金在弱碱性溶液中电化学行为的影响
氢对纯镍及690合金在弱碱性溶液中电化学行为的影响夏小峰;吕战鹏;陈俊劼;肖茜;熊茹;夏爽;姚美意;周邦新【摘要】采用电化学方法研究了预充氢对690合金在25,50,70 C下弱碱性溶液中电化学行为的影响.结果表明,预充氢使得690合金在碳酸氢钠溶液中的自腐蚀电位负移、电化学阻抗降低,尽管不影响阳极极化曲线的形状,但增大了阳极极化曲线中一次过钝化电位之前的阳极电流密度.此外,预充氢使镍在碳酸氢钠溶液中的阳极极化曲线出现新的阳极电流峰,增大了阳极极化曲线中过钝化电位之前的电流密度,并降低了电化学阻抗.氢对金属或合金电化学行为的作用与电极反应类型、速率控制步骤以及表面膜的稳定性有关.【期刊名称】《腐蚀与防护》【年(卷),期】2015(036)001【总页数】9页(P36-44)【关键词】690镍基合金;氢;弱碱性溶液;电化学腐蚀【作者】夏小峰;吕战鹏;陈俊劼;肖茜;熊茹;夏爽;姚美意;周邦新【作者单位】上海大学材料科学与工程学院材料研究所,上海200072;上海大学材料科学与工程学院材料研究所,上海200072;上海大学材料科学与工程学院材料研究所,上海200072;上海大学材料科学与工程学院材料研究所,上海200072;中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料国家重点实验室,成都610041;上海大学材料科学与工程学院材料研究所,上海200072;上海大学材料科学与工程学院材料研究所,上海200072;上海大学材料科学与工程学院材料研究所,上海200072【正文语种】中文【中图分类】TG174镍基合金广泛应用于核电站关键结构部件的制作，如蒸汽发生器传热管和控制棒驱动机构套管等。
早期压水堆核电站蒸汽发生器传热管曾采用600合金，发生过严重的应力腐蚀开裂事故，之后广泛使用690合金作为蒸汽发生器传热管材料[1-5]。
我国的压水堆核电站除部分采用800合金传热管和不锈钢传热管外，大多采用690合金作为蒸汽发生器传热管材料。
镍在硫酸溶液中的钝化行为实验报告
镍在硫酸溶液中的钝化行为实验报告
实验目的：观察镍在硫酸溶液中的钝化行为。
实验原理：在腐蚀介质（如硫酸溶液）中，金属表面会形成一层氧化物、氢氧化物或者氟化物等化合物，这些化合物能够保护金属表面不被进一步腐蚀，称为钝化。
钝化层的厚度和质量取决于腐蚀介质的性质、金属的种类和状态等因素。
实验步骤：
1.将镍片清洗干净，放入硫酸溶液中。
2.观察镍片的表面变化，记录下来。
3.在溶液中加入一些过量的氢氧化钠，观察镍片表面的变化。
4.将实验得到的镍片进行称重和测量，计算出钝化层的厚度和质量。
实验结果：
5.镍片在硫酸溶液中的表面逐渐出现了一层黑色的氧化物，表面变
得光滑而有光泽。
6.加入氢氧化钠后，氧化物被还原，镍片表面出现了明显的腐蚀和
氧化，变得粗糙。
7.钝化层的厚度约为0.1微米，质量约为0.1毫克。
实验结论：
镍在硫酸溶液中表现出了较好的钝化性能，形成的钝化层具有一定的厚度和质量，能有效地保护镍片不被溶液腐蚀。
加入氢氧化钠后，钝化层被还原失效，镍片表面出现了明显的腐蚀和氧化。
电化学充氢如何金属表面的状态
电化学充氢如何金属表面的状态
电化学充氢是一种通过电化学方法将氢气吸附到金属表面的过程。
在这个过程中，氢气分子被分解成氢离子，并通过电化学反应
与金属表面发生反应。
这种过程对金属表面的状态有着重要的影响。
首先，电化学充氢会改变金属表面的化学性质。
在充氢过程中，氢离子会与金属表面发生化学反应，形成氢化物。
这些氢化物会影
响金属表面的化学活性和腐蚀性，从而改变金属的表面性质。
其次，电化学充氢还会改变金属表面的物理性质。
氢气在金属
表面吸附后，会导致金属表面的应力状态发生变化，从而影响金属
的力学性能。
此外，氢离子的扩散和渗透也会导致金属的晶格结构
发生变化，从而影响金属的硬度和强度。
另外，电化学充氢还可能导致金属表面的氢脆化现象。
当金属
表面吸附了大量氢离子后，会导致金属的脆性增加，从而影响金属
的加工和使用性能。
总的来说，电化学充氢对金属表面的状态有着重要的影响，不
仅改变了金属表面的化学和物理性质，还可能导致金属的氢脆化现
象。
因此，在工程实践中，需要充分考虑电化学充氢对金属表面状态的影响，采取相应的措施来保证金属的性能和可靠性。
cvd工艺sinx成膜时氢气的作用
cvd工艺sinx成膜时氢气的作用氢气在CVD工艺SinX成膜过程中起到了重要的作用。
CVD（化学气相沉积）是一种常用的薄膜制备技术，通过在高温下将气体反应物沉积在基底表面上，形成所需的薄膜。
在SinX薄膜的制备中，氢气是一种常用的载气。
它主要有以下几个作用：1. 清洁和净化作用：在CVD过程中，氢气可以与残留在反应室内的杂质气体反应，如氧气、水蒸气等，从而净化反应气氛。
这样可以避免杂质对薄膜质量的影响，保证所得到的SinX薄膜的纯度和均匀性。
2. 促进气相反应：氢气可以作为还原剂，促进反应物的分解和离子的还原。
在SinX成膜过程中，通常使用硅源气体（如SiH4）和氧源气体（如N2O或O2），氢气可以与硅源气体反应生成硅氢化物（SiHx）和氢氧化物（H2O），同时还原氧源气体中的氧气。
这些反应产物随后在基底表面上发生进一步的反应，形成所需的SinX薄膜。
3. 控制薄膜性质：氢气的加入可以调节SinX薄膜的性质。
例如，在氢气气氛中沉积的薄膜具有较低的残余应力和较高的致密性。
此外，氢气还可以影响薄膜的折射率、介电常数等物理性质。
通过控制氢气的流量和浓度，可以调节薄膜的性能，满足不同应用领域的需求。
需要注意的是，氢气的使用也有一定的限制。
过高或过低的氢气流量都可能导致薄膜性质的变化或者薄膜质量的下降。
因此，在实际应用中需要仔细选择合适的氢气条件，以确保薄膜的质量和性能。
氢气在CVD工艺SinX成膜过程中发挥了重要的作用。
它不仅具有清洁和净化作用，还能促进气相反应，控制薄膜的性质。
通过合理控制氢气的加入条件，可以得到具有良好性能的SinX薄膜，满足不同领域的应用需求。
电镀 载氢
电镀过程中，载氢是指金属在电解过程中吸收或携带氢原子的现象。
特别是在阴极反应中，由于氢离子（H+）容易得到电子还原为氢气（H2），因此在电沉积的过程中，金属表面可能会吸附和携带一定量的氢气。
载氢对电镀工艺的影响主要体现在以下几个方面：
1. 氢脆：如果金属材料内部吸附了大量的氢气，在应力作用下，这些氢原子会聚集并形成高压力区域，导致材料的机械性能下降，甚至发生断裂，这种现象称为氢脆。
2. 影响涂层质量：过多的氢气会影响涂层的结合力和硬度，降低电镀层的质量。
3. 安全问题：氢气是可燃气体，过高的浓度可能导致爆炸风险。
为了减少电镀过程中的载氢问题，通常采取以下措施：
- 控制电解液的pH值和温度，避免氢气的过度生成。
- 使用添加剂来抑制氢气的析出，或者通过调整电极的电位来控制氢气的产生。
- 对于易发生氢脆的金属材料，例如高强度钢等，需要进行除氢处理，以将吸附在金属内部的氢气释放出来。
这可以通过热处理（如烘烤、油浴加热等）实现。
因此，在电镀过程中，必须注意控制氢气的产生，并根据具体的工件类型和要求选择适当的后处理方法来减轻载氢带来的不利影响。
镍板材的脱氢行为及其氢脆性研究
镍板材的脱氢行为及其氢脆性研究概述镍是一种重要的工业金属材料，具有良好的耐腐蚀性、高温强度和良好的可塑性。
然而，在长期使用过程中，镍材料容易吸氢并产生氢脆性，导致材料的力学性能下降，从而对材料的性能和可靠性造成负面影响。
因此，了解镍板材的脱氢行为及其氢脆性是非常重要的。
镍板材的脱氢行为脱氢是指在镍材料中氢原子的扩散和释放过程。
一般来说，镍材料吸氢和脱氢过程涉及到以下几个步骤：氢原子的吸附、氢原子的扩散和氢原子的释放。
在镍材料中，氢原子主要以溶解态的形式存在，吸附在晶界、位错和空隙等缺陷区域。
而氢原子的扩散是通过晶界、位错和空隙等缺陷通道完成的。
当镍材料中的氢原子浓度过高时，氢原子会聚集在位错等缺陷区域，从而导致材料的力学性能下降。
氢脆性研究氢脆性是指在存在氢原子的环境中，材料的韧性降低以及易发生脆性断裂的现象。
氢脆性是工程材料中的一种严重问题，需要进行深入的研究和分析。
目前，关于镍材料的氢脆性研究主要集中在以下几个方面：氢原子的吸附和扩散机理、氢脆性的影响因素、氢脆性的评价和改善方法等。
首先，氢原子的吸附和扩散机理是研究氢脆性的核心问题。
研究表明，氢原子在镍材料中主要以溶解态的形式存在，并通过晶界、位错和空隙等缺陷通道进行扩散。
深入了解氢原子的吸附和扩散机理，可以为后续的研究提供基础和指导。
其次，氢脆性的影响因素也是研究的重点之一。
影响镍材料氢脆性的因素有很多，包括氢浓度、应力状态、温度和微观结构等。
研究人员通过改变这些因素，探索镍材料氢脆性的变化规律，从而为改善镍材料的氢脆性提供理论依据。
此外，氢脆性的评价方法也是研究的重点之一。
常用的评价方法包括拉伸试验、弯曲试验和冲击试验等。
通过对镍材料进行这些试验，可以评估材料的氢脆性，并提供有关材料行为和性能的定量描述。
最后，为了改善镍材料的氢脆性，研究人员提出了一系列的改善方法。
例如，合金化改变材料的组成，表面处理改变材料的表面性质，以及热处理等。
通过这些改善方法，可以减轻镍材料的氢脆性，并提高材料的性能和可靠性。
氢对纯铁钝化膜电子性质的影响
第20卷第2期中国腐蚀与防护学报V ol.20,N o.2 2000年4月JOURNA L OF CHI NESE S OCIETY FOR C ORROSI ON AND PROTECTI ON Apr.,2000 文章编号:100524537(2000)02274207氢对纯铁钝化膜电子性质的影响Ξ曾一民1, 乔利杰1, 杨迈之2, 褚武扬1(11北京科技大学材料物理系,北京 100083;21北京大学化学与化工学院,北京 100871)摘要:采用电化学、光电化学和交流阻抗等方法研究了氢对纯铁钝化膜形成过程和电子性质的影响。
结果表明氢的存在会延长钝化膜的形成,增加稳态钝化条件下的溶解速率;氢能提高钝化膜光电流、降低禁带宽度;氢促使钝化膜的电容和掺杂浓度升高,并降低膜的平带电位。
关键词: 纯铁,钝化,光电化学,交流阻抗中图分类号:TG17415 文献标识码:A1 前言金属钝化膜在腐蚀过程中起重要作用。
对阴极过程是析氢的腐蚀体系,金属阳极溶解的同时在阴极区产生氢原子[1,2],进入金属的氢能促进腐蚀过程[324]。
对氢致开裂型的应力腐蚀体系,氢通过扩散、富集,引起氢致裂纹的形核和扩展[5]。
对阳极溶解型的应力腐蚀体系,则进入金属的氢通过与外应力的协同作用,大大促进腐蚀过程,从而促进SCC过程[3,6]。
由于在恒定的钝化电位下存在完整的钝化膜,而预先充入试样的氢能促进金属的溶解,故氢促进阳极溶解很可能是通过氢对钝化膜的影响实现的。
因此,氢原子进入金属钝化膜内就可能改变钝化膜的组成、结构及性能[7210]。
例如,氢能降低不锈钢的耐蚀性能,促进点蚀的发生和发展,就是氢对钝化膜影响的具体反映[11]。
由此可见,从各种层次,用各种手段研究氢对钝化膜的影响是非常有意义的。
许多金属钝化膜是半导体膜,其电子性质起重要作用。
但至今为止,还没有人详细地研究氢对金属钝化膜电子性质的影响。
本工作以纯铁为对象,研究了金属基体内氢的存在对钝化膜电子性质的影响。
除氢处理的方法与对电镀产品的作用
除氢处理的方法与对电镀产品的作用除氢对于电镀产品显得尤为重要，因为在电镀体系中，被镀金属离子在阴极上得到电子，氢离子也同样会得到电子，生成原子态的氢，渗透到金属镀层内部，使镀层产生疏松，当搁置一段时间后，原子态的氢会结合生成氢气而体积膨胀，这样就导致镀层产生针孔、鼓泡甚至脱落等不良缺陷，如果渗透到基体还会导致整个构件的氢脆现象，特别是对于高强度钢，一旦渗氢容易导致构件的脆断。
因此，电镀后要在一定的温度下热处理数小时，以驱除渗透到镀层下面或者基体金属中的氢。
相对于钝化处理来说，除氢处理的方法比较单一和简单，一般都是采用热处理的方式把原子态的氢驱逐出来，对于常用的镀锌构件，一般是在带风机的烘箱中，220℃恒温条件下保温2小时，这个工序一般是在钝化之前，这样不会造成由于驱氢而导致钝化层的破裂。
不锈钢化学镀镍后经过400℃，1.5h的热处理，可以显著提高其硬度，降低脆性。
Fe-Mn合金镀层经过100℃、150℃、200℃，1.5h的除氢处理后，拉伸结合强度分别提高了49.5%、75.5%和121.8%，可见，除氢处理对于提高镀层的性能具有重要作用。
由上可见，除氢处理通常是选择一个最佳的温度区间(一般是在200～300℃之间)和时间(一般是2～3h)进行热处理，但
是针对不同的镀层稍有差异，而且不同的处理温度和处理时间对镀层的性能也有一定的影响。
因此，除氢要保证即能有效的驱除渗透到镀层或者金属基体的原子态的氢，又不会导致镀层破裂。
氢气还原镍
氢气还原镍一、介绍在化学反应中，氢气还原镍是一种重要的反应过程。
本文将对氢气还原镍的原理、应用以及相关的实验条件进行详细探讨。
二、原理氢气还原镍是指将氢气与镍化合物进行反应，将其还原为纯镍的过程。
这个反应的原理是基于氢气的还原性和镍化合物的氧化性。
1. 氢气的还原性氢气是一种强还原剂，它能够接受氧化剂的电子，从而发生还原反应。
在氢气还原镍的反应中，氢气会与镍化合物中的金属离子发生电子转移，将金属离子还原为金属原子。
2. 镍化合物的氧化性镍化合物是一种氧化剂，它能够给予其他物质电子，从而发生氧化反应。
在氢气还原镍的反应中，镍化合物会与氢气中的氢原子发生电子转移，将氢原子氧化为氢离子。
综上所述，氢气还原镍的反应是一种氧化还原反应，通过氢气的还原性和镍化合物的氧化性，将镍化合物还原为纯镍。
三、应用氢气还原镍在工业生产和实验室研究中具有广泛的应用。
以下列举了一些常见的应用场景：1. 金属镍的制备氢气还原镍是制备金属镍的重要方法之一。
通过将镍化合物与氢气反应，可以得到纯度较高的金属镍。
金属镍在许多领域中都有广泛的应用，如电子工业、化工工业等。
2. 催化剂镍是许多重要催化剂的组成部分，如加氢催化剂、脱氢催化剂等。
通过氢气还原镍的方法可以制备出适用于不同反应的催化剂，提高反应速率和选择性。
3. 电池材料镍氢电池是一种重要的可充电电池，它使用氢气还原镍的反应来储存和释放电能。
镍氢电池具有高能量密度、长寿命等优点，在电动车、移动通信等领域有广泛应用。
4. 纳米材料制备氢气还原镍的反应可以用于制备纳米级别的镍材料。
通过控制反应条件和添加适当的表面活性剂，可以得到具有特殊形貌和尺寸的纳米镍颗粒，具有很高的应用潜力。
四、实验条件进行氢气还原镍的实验需要控制一些重要的条件，以确保反应的顺利进行和产物的纯度。
以下是一些常见的实验条件：1. 反应温度反应温度是影响氢气还原镍反应速率和产物纯度的重要因素。
一般情况下，较高的温度可以加快反应速率，但也可能导致产物的杂质生成。
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Fig. 2 Current density vs time for nickel specimens at 200mV (SCE) 12uncharged ; 22hydrogen pre2charged with 4mA/ cm2 ;32hydrogen pre2charged with 10mA/ cm2
2 实验方法
纯度为 9917 %、厚度为 011mm 的镍片在 800 ℃的氩气中保温 3 小时后炉冷 。试样的 尺寸为 4 ×4mm。背面点焊铜导线 。除测试面外 ,其余部位用环氧树脂涂封 。常规电化 学测试样品用 2 # 金相砂纸打磨 ,丙酮去油脂 ,三次蒸馏水冲洗吹干后进行试验 。
在三电极电解槽内采用 CHI660 仪器进行电化学测试 。阳极极化曲线和 i - t 曲线 测试时 ,应用 0. 1mol/ L 的 Na2B4O7 溶液 。它也是电解充氢溶液 。测试钝化膜点蚀电位 所用的溶液为 1 ×1025mol/ L NaCl 。
H + ←O22 →Metaln + ; H + ←OH2 →Metaln +
(10)
因而 H + 降低了 O22和 OH2同金属离子之间的结合力 ,使 Metaln + 由膜向溶液的扩散变得
相对容易 ,这也会导致稳态钝化电流的增 。
4. 3 氢对 Ni 钝化膜孔蚀电位的影响
通常认为钝化膜的破裂是通过膜内局部的缺陷作用造成的[12] 。虽然 Cl2在膜的破
3. 2. 2 氢对钝化膜击穿电位的影响 试样充氢 1 小时后放入 011mol/ L 的 Na2B4O7 溶液在 012V 电位下钝化 1 小时 ,最后
放入 1 ×1025mol/ L NaCl 溶液中从自然腐蚀电位开始 ,测试氢对钝化膜击穿电位的影响 , 结果如图 4 。未充氢时 ,Ni 钝化膜在溶液中不出现明显的孔蚀电位 ,电流随电位的增加 而呈线性变化 ;对预充氢的试样 ,即使是充氢量很小 ( 如 ic = 1mA/ cm2) ,当电位上升到 01729V 时电流就会急剧上升 ,即在该电位下钝化膜被击穿 。钝化膜的击穿电位和预充 氢电流密度的关系如图 5 。
1 前言
金属在溶液中钝化或腐蚀时 ,阴极反应会生成氢原子 。其中一部分结合成氢分子 逸出 ,另一部分则吸附及扩散进入钝化膜或金属基体内部 。原子氢进入金属后能促进 其溶解[125] 。金属钝化膜在腐蚀过程中起重要作用 。Pyun 和 Oriaini[6]提出 ,氢进入钝化 膜后 ,由于钝化膜内高的电场强度作用变成 H+ 的形式 ,并相应地改变阳离子的平均价 态 。Bianchi 等[7]发现 304 钢的氧化膜充氢后会由 P 型半导体变为 N 型 ,并降低膜的耐 蚀性能 。我们研究发现氢能降低 301 不锈钢的耐蚀性能 ,促进点蚀的发生和发展[8] 。 镍是易钝化的金属 ,氢对 Ni 的阳极极化过程 、钝化膜的形成以及耐蚀性能有何影响 ,目 前尚未有详细的研究 。本工作开展这方面的研究 。
阴极预充氢后 ,在 Ni 表面会形成氢的吸附层 。氢在表面的吸附层受表面 H 的覆盖 度 的控制 。充氢电流密度越大 ,金属表面氢的覆盖度越大 ,进入金属基体的氢量就 可能相应地增加 。预充氢过程中 ,氢扩散进入金属的深度 X 为[9] :
X = A Dt
(1)
其中 A = 2～4 。取 A = 4 , t = 60 秒 , 代入氢在 Ni 中的扩散系数 D = 6. 14 ×10210 cm2/ S [9 ] , 则可得充氢 1 小时后氢在 Ni 中的最大扩散深度约 60μm 。
后 ,膜的生长过程受离子穿过膜的过程所控制 ,膜的生长服从抛物线规律[10] 。在碱性
溶液中 ,氢化形成的 Ni2 + 与 OH2结合形成沉淀覆盖在试样表面 ,形成钝化前膜 。在电场
的作用下 ,该膜很快转化成钝化膜 。当样品表面有氢吸附时 ,在钝化开始时氢的氧化会
导致金属与溶液界面处 pH 值降低 ,阻止钝化前膜的形成 ;氢的氧化会导致钝化初期的
电流密度的升高 ,而且氢的氧化为放热过程 ,因此它也会促进 Ni 的氧化 。这两个因素
协同作用就会导致氢使钝化初期电流密度升高 ,并使形成稳定钝化膜的时间延迟 。在
阳极极化曲线上表现为出现明显的活化区域和临界钝化电流密度 。当钝化膜形成后 ,
H + 在钝化膜中扩散时 ,会与钝化膜内的 O22和 OH2反应生成 OH2和 H2O[11 ] ,如下式表示 :
第 19 卷 第 6 期 1999 年 12 月
中国腐蚀与防护学报 JOURNAL OF CHINESE SOCIETY FOR CORROSION AND PROTECTION
Vol . 19 ,No. 6 Dec. ,1999
氢对纯镍钝化膜的影响Ξ
曾一民1 乔利杰1 林昌健2 许廷军1 郭献忠1 褚武扬1
Ecorr =
EN0 i
+
2.
303 RT 2F
Log
[
H+
1
]2
[ Ni2
1
+
]
[ H吸附 ] 2
- E饱和甘汞
(1)
对不充氢的试样 ,由于空气中的氢也会在试样表面吸附氢原子 ,故其自然腐蚀电位
为:
E0corr =
EN0 i
+
2
.
303 2F
RT
Log
[H+
1
]2
[ Ni2
+
[
H0吸附
]
1 2
]
- E饱和甘汞
界面上向钝化膜/ 双电层扩散 。钝化膜内存在从金属/ 钝化膜的界面到钝化膜/ 双电层
上浓度逐渐降低的 H+ 分布 。由于 H + 和 Cl2的化学亲和力的作用 ,会促使双电层和溶液
中的 Cl2向膜内扩散 。Cl2在钝化膜表面上的吸附是孔蚀发生的第一步[12] ,因而 Cl2在含
氢钝化膜表面的吸附就会加速该钝化膜的破坏 。同时由于 H+ 降低了 O22和 OH2同金属
011mol/ L 的 Na2B4O7 溶液中从自腐蚀电位开始就进入了钝化区域 。预充氢后 ,试样的 自腐蚀电位降低 ,出现明显的活化区和临界钝化电流密度 ;钝化区域相对缩短 ,进入过 钝化区的电位降低 。随预充氢电流密度的增加 ,极化曲线的变化趋更加明显 。
采用单阶跃电位法测试氢对 Ni 钝化过程的影响 ,钝化电位为 012V (vs SCE ,以下相 同) 。在不同的阴极恒电流密度下充氢 1 小时后 ,立即将样品取出 ,放入溶液中用电流 ( i) —时间 ( t) 曲线方法测试氢对 Ni 钝化电流的影响 ,结果如图 2 。未充氢的试样 ,经过 252 秒后钝化电流就开始急剧下降 ; 但对预充氢 ( ic = 10mA/ cm2) 试样 ,经过 871 秒后钝 化电流才开始急剧下降 。钝化 2000 秒后 ,不充氢试样的钝化电流为 61852 ×1027A/ cm2 , 而预充氢 ( ic = 5mA/ cm2) 试样的钝化电流提高约一倍 ,达到 11026 ×1026A/ cm2 。这说明 氢能延缓钝化膜的形成 ,并提高稳态钝化电流密度 。
6 期 曾一民等 :氢对纯镍钝化膜的影响 325
坏过程中具体的作用机理仍不清楚 ,但是目前认为 Cl2会加速膜的破坏 ,因为它在钝化
膜内会引起更高的缺陷浓度[12] 。预充氢的试样形成钝化膜后 ,固溶在金属基体中的可
逆氢在钝化膜内高的电场强度和氢浓度梯度的作用下 ,以 H+ 的形式从金属/ 钝化膜的
41112 氢对自然腐蚀电位的影响
预充氢后在 Ni 表面会形成 H 吸附层 。当充氢试样放入 Na2B4O7 溶液时 ,用甘汞电 极测试充氢试样的自然腐蚀电位的原电池为 :
Hg| Hg2Cl2 ( s) | 饱和 KCl 溶液| Ni2 + ,H + | Ni ( s) ,H吸附 由能斯特方程得自然腐蚀电位 Ecorr为 :
离子之间的结合力 ,因而膜中的 O22和 OH2就更容易被吸附在膜上的 Cl2取代 。吸附的
312 氢对 Ni 钝化膜耐蚀性能的影响 31211 氢对钝化膜开路电位的影响
预充氢 1 小时的试样放入 011mol/ L 的 Na2B4O7 溶液在 012V 电位下钝化 1 小时后 , 立刻将恒电位仪从工作状态切换到准备状态 ,使电路处于开路 ,测试试样开路电位随时 间的变化 ,结果如图 3 。到达稳定状态前 ,充氢后试样的开路电位下降速率增大 ,如在 50 秒 前 , 未 充 氢 试 样 的 电 位 降 平 均 速 率 为 3136mV/ s , 而 充 氢 10mA/ cm2 试 样 为 11128mV/ s 。开路电位下降越快 ,说明膜的稳定性越差 。到达稳定态后 ,未充氢试样 500 秒时的开路电位值为 - 01247mV ,而充氢 10mA/ cm2 试样的为 - 01485mV 。稳态时钝 化膜的开路电位越低 ,说明该膜的自活化能力越大 。因此 ,氢在钝化膜内的存在会降 低膜的稳定性 ,增大膜的自活化能力 。
11 (北京科技大学材料物理系 北京 100083) 21 (厦门大学材料科学系 厦门 361005)
摘要 研究了氢对纯镍阳极极化和钝化膜形成及耐蚀性能的影响 。结果表明 :预充氢会降低 纯镍的自腐蚀电位 ,使其出现明显的活化区和临界钝化电流 ,缩短钝化区域 ;提高钝化电流密 度和延长钝化膜的形成时间 。固溶氢降低钝化膜的稳定性 ,增大膜的自活化能力 ;并导致钝化 膜出现明显的孔蚀 ,膜的孔蚀电位随固溶氢含量的增加而降低 。 关键词 氢 ,阳极极化 ,钝化膜 ,孔蚀
Fig. 4 Effect of hydrogen on pitting potential for
nickel passive film. 12uncharged ; 22hydrogen pre2 charged with 1mA/ cm2 ; 32hydrogen pre2charged with 5mA/ cm2 ;42hydrogen pre2charged with 10mA/ cm2 ;52hydrogen pre2charged with 20mA/ cm2