薄液膜下cu的腐蚀行为及机理研究【字数：10497】
本文采用隐形液膜法和可见液膜法模拟大气中铜的腐蚀环境。隐形液膜法是在室温下配置过饱和溶液模拟空气的相对湿度来模拟腐蚀环境的方法，选取几个常见的湿度进行试验，通过对比同一时间下不同相对湿度对铜腐蚀行为影响情况和同一相对湿度下不同时间对铜的腐蚀行为影响情况。而可见液膜法是通过控制铜电极表面上薄液膜的厚度来控制其对铜腐蚀行为的影响。本次实验的相对湿度分别为75%，86%，98%。液膜厚度分别为200μm、400μm、800μm、1000μm和无限大。结果表明，铜在相对湿度下的耐腐蚀性顺序为98%RH>86%RH>75%RH。在相同的相对湿度下，随着腐蚀时间的增加，铜的耐蚀性逐渐升高。不同薄液膜厚度下铜的耐蚀性按如下顺序排列无限大>200μm>400μm>800μm>1000μm。这是由于铜在腐蚀早期的腐蚀行为与氧气有关，随着液膜厚度的增加，耐蚀性升高。当液膜厚度大于200μm时，铜的腐蚀速率随着液膜厚度的增加而降低。这是由于铜的腐蚀受到阳极反应控制，铜电极表面逐渐溶解产生，腐蚀离子随着氧的扩散运动，薄液膜小，氧气多，铜的腐蚀速率越快。在腐蚀初期，铜电极的表面逐渐被腐蚀，在形成完整的腐蚀产物膜之前无法阻止铜的表面继续被腐蚀，此时腐蚀效率较快；在腐蚀结束时，腐蚀逐渐产生致密的产品薄膜，此时铜的腐蚀速率显著降低。
目 录
绪论8
1.1铜及其合金的腐蚀性能及国内外研究现状8
1.2铜的大气腐蚀及影响因素8
1.2.1温度的影响8
1.2.2湿度的影响8
1.2.3腐蚀性离子的影响9
1.3 铜大气腐蚀环境的主要模拟方法概述9
1.3.1相对湿度法9
1.3.2薄层液膜法10
1.4本文开展的工作10
1.4.1研究意义10
1.4.2研究内容10
1.4.3技术路线11
实验材料与测试方法12
2.1 实验材料和电极制备12
2.2 化学试剂和实验仪器12
2.3腐蚀行为的测试及表征13
2.3.1开路电位测量13
2.3.2极化曲线的测量13
2.3.3电化学阻抗普的测量 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
14
不可见液膜对铜腐蚀行为的影响15
3.1 相对湿度对腐蚀电化学行为的影响15
3.1.1 腐蚀电位分析15
3.1.2电化学阻抗谱分析18
3.2腐蚀时间对腐蚀电化学行为的影响21
3.2.1 腐蚀电位分析22
3.2.2电化学阻抗谱分析22
3.3 小结23
4. 可见液膜对铜腐蚀行为的影响24
4.1 液膜厚度对腐蚀电化学行为的影响24
4.1.1 腐蚀电位分析24
4.1.2电化学阻抗谱分析24
4.2 小结26
5.结论27
参考文献28
致谢29
绪论
1.1铜及其合金的腐蚀性能及国内外研究现状
铜及其合金具有机械加工性能好、导电性好、强度高等优点，长期以来一直在生活中的方方面面得到了广泛的应用，但是却面临着腐蚀问题的困扰，在不同的环境条件下，铜及其合金有着不同的腐蚀过程和腐蚀机理。我们一般将其分为大气腐蚀、离子腐蚀以及土壤腐蚀等[1]。然而国内外对于铜及其合金的腐蚀性能目前大多数仍然处于本体溶液腐蚀阶段，没有太多人关注铜的大气腐蚀和电化学迁移行为的研究。因此研究铜及其合金的大气腐蚀行为和机理尤为重要[2]。
1.2铜的大气腐蚀及影响因素
铜一般在介质中以均匀腐蚀为主要的腐蚀，铜在存在有氨的溶液中应力腐蚀敏感性较强，但同时也有电偶腐蚀等局部腐蚀形式存在。
影响金属铜的大气腐蚀因素包括天气因素、湿度和温度。最具影响力的大气成分包括氧气，水，二氧化碳，降雨和空气中的污染物（氮氧化物，SO2，NH4等)和海洋大气环境下的氯化钠等盐类[3]。铜的大气腐蚀是这些因素的部分或总和的协同作用的结果。
1.2.1温度的影响
温度对于铜的腐蚀有着巨大的影响。当温度高于40℃时，铜的腐蚀反应速率很大。铜比在其他温度是更易与外界发生腐蚀反应。
1.2.2湿度的影响
相对湿度对于铜的腐蚀有着巨大的影响，铜的腐蚀对于相对湿度有着一定的要求，只有当相对湿度达到一定程度时，铜的腐蚀才会发生。一般要求相对湿度达到60%时，我们才会开始进行研究，因为此时腐蚀才会发生，随着相对湿度的增大，铜的腐蚀速率也会随之增大。在实验过程中，我们不难发现，不同的相对湿度其实对应着不同薄液膜厚度，只是这些厚度太小了人的肉眼基本上是观察不到的，因此将其称为不可见液膜[4]。同时相对湿度会与试样表面的杂质或者空气中的污染物共同作用，影响铜的腐蚀性能。
1.2.3腐蚀性离子的影响
腐蚀性离子主要来源于已经存在于大气中的污染气体（如二氧化硫）或者是是有机化合物分解时产生的污染气体。
氯离子浓度对于铜的腐蚀有着巨大的影响。氯离子是一种活性的阴离子。氧和氯离子的结合可引起铜的快速腐蚀反应并具有相对复杂的腐蚀机理[5]。盐将增加溶液的电导率，允许大量氧气进入溶液。相关的研究表明，铜的阳极腐蚀只与氯离子的浓度有关。
1.3 铜大气腐蚀环境的主要模拟方法概述
电子系统的腐蚀类似于大气腐蚀。主要有大气暴露试验方法，室内加速试验方法和电化学试验方法[6]。
（1）大气暴露试验将样品在自然大气环境中进行腐蚀试验，并放置在室外或室内暴露场的试验台上。曝光测试是一种常见的测试方法。大气暴露试验结果是评价金属耐腐蚀性能的重要指标，也是研究大气腐蚀最常用的方法。其优点是获得的数据直观可靠，可用于估算金属在自然环境中的腐蚀寿命，为制定合理的防护标准提供实践依据。但它的缺点也十分明显由于漫长的实验周期与复杂的大气腐蚀环境，其实验结果受到各方面的综合影响，因而难以进行深入的腐蚀机理研究。
（2）室内加速试验室内加速腐蚀的优点是研究方便快捷，缺点是不可靠，因此需要将大气暴露试验方法与室内加速试验方法相结合。
（3）电化学测试金属大气腐蚀的本质是一种复杂的电化学反应过程，发生在金属表面的薄液膜下。我们使用传统的电化学方法，如动电位扫描，电化学阻抗和电化学噪声，以获得有关金属腐蚀过程动力学的信息[7]。
1.3.1相对湿度法
日常生活中提到的湿度是相对湿度，表示为RH％。总之，气体中的水蒸气量（水蒸气压力）（通常在空气中）在与空气相同的条件下饱和水蒸气（饱和水蒸气压）的百分比。
在该试验中，对于不可见液膜部分采用相对湿度法。该实验通过配置饱和溶液来控制相对湿度。用封闭的容器配置饱和溶液，加入过量的化学试剂，放置一天后直到有白色粉末析出即为饱和溶液。在该实验中，选择三种氯化钠，氯化钾和硫酸钾试剂。配置的饱和溶液分别对应75%、86%、98%的相对湿度。
目 录
绪论8
1.1铜及其合金的腐蚀性能及国内外研究现状8
1.2铜的大气腐蚀及影响因素8
1.2.1温度的影响8
1.2.2湿度的影响8
1.2.3腐蚀性离子的影响9
1.3 铜大气腐蚀环境的主要模拟方法概述9
1.3.1相对湿度法9
1.3.2薄层液膜法10
1.4本文开展的工作10
1.4.1研究意义10
1.4.2研究内容10
1.4.3技术路线11
实验材料与测试方法12
2.1 实验材料和电极制备12
2.2 化学试剂和实验仪器12
2.3腐蚀行为的测试及表征13
2.3.1开路电位测量13
2.3.2极化曲线的测量13
2.3.3电化学阻抗普的测量 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
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不可见液膜对铜腐蚀行为的影响15
3.1 相对湿度对腐蚀电化学行为的影响15
3.1.1 腐蚀电位分析15
3.1.2电化学阻抗谱分析18
3.2腐蚀时间对腐蚀电化学行为的影响21
3.2.1 腐蚀电位分析22
3.2.2电化学阻抗谱分析22
3.3 小结23
4. 可见液膜对铜腐蚀行为的影响24
4.1 液膜厚度对腐蚀电化学行为的影响24
4.1.1 腐蚀电位分析24
4.1.2电化学阻抗谱分析24
4.2 小结26
5.结论27
参考文献28
致谢29
绪论
1.1铜及其合金的腐蚀性能及国内外研究现状
铜及其合金具有机械加工性能好、导电性好、强度高等优点，长期以来一直在生活中的方方面面得到了广泛的应用，但是却面临着腐蚀问题的困扰，在不同的环境条件下，铜及其合金有着不同的腐蚀过程和腐蚀机理。我们一般将其分为大气腐蚀、离子腐蚀以及土壤腐蚀等[1]。然而国内外对于铜及其合金的腐蚀性能目前大多数仍然处于本体溶液腐蚀阶段，没有太多人关注铜的大气腐蚀和电化学迁移行为的研究。因此研究铜及其合金的大气腐蚀行为和机理尤为重要[2]。
1.2铜的大气腐蚀及影响因素
铜一般在介质中以均匀腐蚀为主要的腐蚀，铜在存在有氨的溶液中应力腐蚀敏感性较强，但同时也有电偶腐蚀等局部腐蚀形式存在。
影响金属铜的大气腐蚀因素包括天气因素、湿度和温度。最具影响力的大气成分包括氧气，水，二氧化碳，降雨和空气中的污染物（氮氧化物，SO2，NH4等)和海洋大气环境下的氯化钠等盐类[3]。铜的大气腐蚀是这些因素的部分或总和的协同作用的结果。
1.2.1温度的影响
温度对于铜的腐蚀有着巨大的影响。当温度高于40℃时，铜的腐蚀反应速率很大。铜比在其他温度是更易与外界发生腐蚀反应。
1.2.2湿度的影响
相对湿度对于铜的腐蚀有着巨大的影响，铜的腐蚀对于相对湿度有着一定的要求，只有当相对湿度达到一定程度时，铜的腐蚀才会发生。一般要求相对湿度达到60%时，我们才会开始进行研究，因为此时腐蚀才会发生，随着相对湿度的增大，铜的腐蚀速率也会随之增大。在实验过程中，我们不难发现，不同的相对湿度其实对应着不同薄液膜厚度，只是这些厚度太小了人的肉眼基本上是观察不到的，因此将其称为不可见液膜[4]。同时相对湿度会与试样表面的杂质或者空气中的污染物共同作用，影响铜的腐蚀性能。
1.2.3腐蚀性离子的影响
腐蚀性离子主要来源于已经存在于大气中的污染气体（如二氧化硫）或者是是有机化合物分解时产生的污染气体。
氯离子浓度对于铜的腐蚀有着巨大的影响。氯离子是一种活性的阴离子。氧和氯离子的结合可引起铜的快速腐蚀反应并具有相对复杂的腐蚀机理[5]。盐将增加溶液的电导率，允许大量氧气进入溶液。相关的研究表明，铜的阳极腐蚀只与氯离子的浓度有关。
1.3 铜大气腐蚀环境的主要模拟方法概述
电子系统的腐蚀类似于大气腐蚀。主要有大气暴露试验方法，室内加速试验方法和电化学试验方法[6]。
（1）大气暴露试验将样品在自然大气环境中进行腐蚀试验，并放置在室外或室内暴露场的试验台上。曝光测试是一种常见的测试方法。大气暴露试验结果是评价金属耐腐蚀性能的重要指标，也是研究大气腐蚀最常用的方法。其优点是获得的数据直观可靠，可用于估算金属在自然环境中的腐蚀寿命，为制定合理的防护标准提供实践依据。但它的缺点也十分明显由于漫长的实验周期与复杂的大气腐蚀环境，其实验结果受到各方面的综合影响，因而难以进行深入的腐蚀机理研究。
（2）室内加速试验室内加速腐蚀的优点是研究方便快捷，缺点是不可靠，因此需要将大气暴露试验方法与室内加速试验方法相结合。
（3）电化学测试金属大气腐蚀的本质是一种复杂的电化学反应过程，发生在金属表面的薄液膜下。我们使用传统的电化学方法，如动电位扫描，电化学阻抗和电化学噪声，以获得有关金属腐蚀过程动力学的信息[7]。
1.3.1相对湿度法
日常生活中提到的湿度是相对湿度，表示为RH％。总之，气体中的水蒸气量（水蒸气压力）（通常在空气中）在与空气相同的条件下饱和水蒸气（饱和水蒸气压）的百分比。
在该试验中，对于不可见液膜部分采用相对湿度法。该实验通过配置饱和溶液来控制相对湿度。用封闭的容器配置饱和溶液，加入过量的化学试剂，放置一天后直到有白色粉末析出即为饱和溶液。在该实验中，选择三种氯化钠，氯化钾和硫酸钾试剂。配置的饱和溶液分别对应75%、86%、98%的相对湿度。
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