腐蚀工艺简介
腐蚀工艺教程
一、什么是半导体？
半导体是介于导体和绝缘体之间的物质，它的电阻率在10-3~109范围内。自然界中属于半导体的物质很多，用于制造半导体的材料主要是硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）。
纯净的半导体电阻率很高，几乎不导电。但在特定的条件下，如光照、掺杂等，它的电阻率可以降到几十欧姆甚至更低，并且随掺入的杂质不同呈不同的导电特性。我们分别称之为P（空穴导电）型半导体和N（电子导电）型半导体。P型半导体和N型半导体相接触时，在接触面就形成了PN结。PN结具有正向导通反向截止的特性，利用它可以制得常用的二极管。
在集成电路制造中，常用的衬底材料是硅单晶片，根据圆片加工过程中硅单晶切割的晶格方向的不同，可把它分为<100>和<111>等晶向。在mos集成电路制造中，选用的是<100>晶向的圆片。
二、什么是集成电路？
不同导电类型的半导体组合在一起，可以做成二极管、三极管、电容、电阻，如果把这些元件做在同一块芯片上，完成一定的电路功能，就称之为集成电路。
集成电路可分为双极集成电路和MOS集成电路，MOS集成电路又可分为nMOS集成电路、pMOS集成电路和CMOS集成电路。
三、集成电路中的常用薄膜。
多晶硅
常用在MOS器件中作为栅电极。也可用于高电阻的电阻器，及局部电路的短连线
二氧化硅
集成电路中使用的二氧化硅膜可分为热二氧化硅和CVD淀积二氧化硅两类。在MOS集成电路中，它有以下几种用途：作为对付掺杂剂注入或扩散进硅的掩膜，提供表面钝化，使器件一部分与一部分隔离，作为MOS器件的一个组成部分（如栅介质），作为金属步线之间的电绝缘。
氮化硅
能阻挡钠离子的扩散，几乎不透潮气并具有很低的氧化速率。用低压CVD （LPCVD）方法淀积的氮化硅膜，主要用作平面工艺的氧化掩膜；用等离子淀积（PECVD）的氮化硅膜，能在较低温度下生成，可作为钝化保护层。
Al-Si-Cu
用在集成电路中作为金属互连线。
四、什么是刻蚀
集成电路的制造，需要将各种不同的元件（晶体管、电阻、电容）做在同一块芯片上去，需要在芯片上做出不同的图形。把光刻确定的图形转移到构成器件的薄膜上，把不需要的薄膜去除，这一过程称为刻蚀。
五、什么是等离子体？
简而言之，等离子体是指电离的气体，是由电子、离子、原子和分子或自由基团粒子的集合体。而这些原子和自由基团通常具有很强的化学活性，可以与其它物质反应。
等离子刻蚀就是选用合适的气体，通过低压放电产生等离子体，利用其中的活性原子和自由基团与硅片表面的薄膜反应，生成挥发性产物而被去除掉，从而实现腐蚀的目的。
六、为什么要用等离子刻蚀？
集成电路的制造已从LSI（大规模集成电路）发展到了ULSI（甚大规模集成电路）阶段，图形密度越来越高，加工线条越来越细，加工精度的要求也越来越严格。传统的湿法腐蚀工艺由于存在着横向腐蚀大，条宽损失严重，均匀性差，工艺控制难的缺点，无法实现现代集成电路生产的要求。现通常只用于无条宽要求的图形腐蚀和大面积薄膜的剥离。
等离子刻蚀，特别是反应离子刻蚀（RIE），均匀性好，横向腐蚀少，可以实现近乎垂直的腐蚀，条宽损失小，工艺重复性好，并且能够实现终点控制，易控制，在现代集成电路的生产中得到广泛应用。
相对传统的湿法腐蚀工艺，等离子刻蚀亦可称为干法腐蚀。
七、腐蚀中的常用术语
1、各向同性（isotropic）和各向异性（anisotropic）
在刻蚀过程中，除了在垂直方向存在着腐蚀之外，还存在着侧向腐蚀。当横向腐蚀与侧向腐蚀速率相等时，称为各向同性。此时，边缘剖面面表现为一个圆弧。当侧向腐蚀很小，近似为零时称之为各向异性，图形边缘剖面表现为一个垂直的剖面。我们把各向异性程度定义为A f=1-V1/V，其中V1，和V分别是侧向和直向的刻蚀速率。
2、选择比（selectivity）
由于在刻蚀过程中圆片上各点的刻蚀速率是不均匀的，被刻蚀薄膜的厚度也存在着一定的不均匀。并考虑到圆片表面在加工的过程中会出现一定的高度差。因此在刻蚀时一定量的过刻蚀是必须的，这意味着圆片上被刻蚀膜的下层薄膜也会被腐蚀，而这层薄膜在集成电路的加工中的损失量有一定的要求（如多晶栅刻蚀时栅氧的损失）。因此在刻蚀时需要对两层薄膜有选择性。另外，在腐蚀时作为掩蔽的光刻胶也同时承受着腐蚀，对它的腐蚀也需要选择。在腐蚀工艺中主腐蚀膜和其它薄膜的刻蚀速率之比称之为选择比。
3、终点控制
在等离子刻蚀中常采用发射光谱法对等离子体中刻蚀剂或刻蚀产物的浓度进行检测，判断被腐蚀膜是否基本去除干净，从而对工艺进行控制，这称为终点控制。
4、剖面形貌
八、常用湿法腐蚀工艺
1、硫酸双氧水去胶
说明：去除光刻胶
配比：H2SO4：H2O2=3：1
温度：140℃
流程：1槽5分钟→溢流5分钟→2槽5分钟→冲水10次→甩干
2、DHF去二氧化硅
说明：HF酸漂去二氧化硅
配比：HF：H2O=1：10
温度：室温
流程：HF酸漂洗（依漂去二氧化硅厚度定时）→溢流5分钟→冲水10次→甩干3、氮化硅
说明：推阱及场氧后LPSIN的剥离
配比：98%磷酸
温度：160℃
流程：HF酸漂洗30sec→溢流5分钟→磷酸槽60min→溢流5分钟→冲水10次→甩干
5、BOE腐蚀二氧化硅
说明：非关键尺寸二氧化硅图形窗口的腐蚀
配比：BOE
温度：室温
流程：BOE漂（依须腐蚀二氧化硅厚度定时）→溢流5分钟→冲水10次→甩干注意：由于圆片上带有光刻胶，腐蚀前须热坚膜，条件是120℃30min，若腐蚀时间超过3min，腐蚀前热坚膜120℃30min+150℃15min，每腐蚀1min30sec加烘120℃30min。
6、EKC清洗
说明：金属腐蚀及通孔腐蚀干法去胶后的清洗，去除因干法腐蚀而残留在图形边缘的聚合物
配比：EKC265/IPA
温度：EKC265 65℃
IPA 室温
流程：EKC槽30min→IPA3min→→冲水10次→甩干
九、等离子刻蚀设备及工艺
一个简单的等离子刻蚀机包括：气体管路系统，真空系统，反应室，射频及匹配系统，传片系统，终点控制系统。按反应室结构可将其分为桶型反应腔，平板电容型，六面体电极结构等；按硅片处理方式可分为单片式和批处理式。
1、PRS800——桶型批处理式等离子去胶机，工艺气体为O2，适用工艺有：大束
流注入后的干法去胶、金属腐蚀后、孔腐蚀后的干法去胶及一些不适合硫酸双氧水去胶工艺的光刻胶的去除。
操作步骤：
1)确认反应室在大气状态，如果反应室不在大气状态，按VENT键，VENT绿灯亮，一
分钟后，听见“嗤嗤”声，说明反应室已处于大气状态，按VENT，绿灯熄灭，停止充气。
2)戴上手套，用倒角器理片，大切片向上，根据工艺需要用吸笔将硅片装入石英舟。
3)拉开反应室的门，用叉将舟装入反应室，推上反应室门。
4)设定工艺时间，根据工艺，按Process Time下的白色按钮设定工艺时间，左起第一位为
十位，第二位为个位，单位为分。
5)按PUMP键，PUMP绿灯亮，去胶自动进行。
6)刻蚀开始后，观察功率（watts）,流量（Flow sccm），压力（pressure×10-3）是否正常。
7)刻蚀结束后，“VENT”绿灯闪烁。
8)按NENT，向反应室充气，“VENT”绿灯亮。
9)约等1分钟，听到有轻微“嗤嗤”声，说明反应室已到大气状态，按VENT键，停止
充气，“VENT”绿灯灭。
10)戴上手套，拉开反应室门，用叉取出石英舟，冷却一会，用吸笔将圆片移回传片架。
11)做干法腐蚀送出片作业。
2、AUTO490——平板电容型单片腐蚀机，用于多晶和Si3N4的腐蚀。工艺气体
分别为Cl2/He和SF6/He。
操作步骤：
1)按STATUS键，屏幕显示STA TUS页，IDIE状态。
2)选择所需工艺*的Recipe Module，插入接口，按LOAD键，显示所需的工艺菜单号。
3)按RECIPE键，查看工艺菜单内容及菜单号。
4)确认工艺菜单后，按STATOS键，返回STATUS页，Idle状态。
5)把整理好的待加工圆片放在左边Index中，右边Index放空片架。
6)按START键，待片子流出片架，按STOP键，进行先行片腐蚀。
7)先行片腐蚀结束后，取出，在显微镜下检查，若无异样，用膜厚仪测剩余SiO2厚度。
8)先行片检查合格片，将片架放回右边Index。
9)按START键，进行批腐蚀。
腐蚀结束后，将圆片移回传片架进行腐蚀，送出作业。
注意：视490设备工作情况，决定先行片腐蚀前是否走些假片。
3、RAINBOW4500I——平板电容型单片腐蚀机，带一各向同性腐蚀腔，用于二
氧化硅腐蚀。
操作步骤：
1)若设备处于status页，Load and process idle状态画面右上角RCP菜单号是否为所需菜
单。若不是，按LOAD键，输入所需菜单号，按ENT键确认，按SEL键取消。
2)先行片腐蚀：按START键，待片子进入传输系统后，按STOP键。
3)先行片刻蚀结束后，在显微镜下检查圆片，若片子表面图形无异常，进行膜厚仪测试检
查，测5点。
4)多晶通孔腐蚀后，划片槽内SiO2<2nm。
5)接触孔各向同性腐蚀后，划片槽内SiO2400~500nm。
6)通孔各向同性腐蚀后，划片槽内SiO2600~700nm。
7)spacer腐蚀后，有源区内SiO2<2nm，场区SiO2>380nm。
8)平坦化腐蚀后，划片槽Al上SiO2厚450-650nm之间。
9)二氧化硅腐蚀后，剩余SiO2厚度由流程单规定。
10)先行片检查合格后，进行批腐蚀，将片架放回出料台，按START键，腐蚀自动进行。
11)批腐蚀结束后，将圆片移回传片架，进行干刻送出作业。
4、AM8330——六面体电极结构型批腐蚀机，用于金属腐蚀。工艺气体为
Cl2/BCl3，辅助气体为CF4/CHF3。
操作步骤：
1)当屏幕显示PROCESS：Waiting for operator action.
LOADER: Idle.
2)按DOOR开门。
3)LOADER显示Waiting for cassette replacement时可进行装片，右边为装片台，左边为出
片台，底部为假片片架，一次可装工艺片两批。
4)装好片的后，按DOOR键关门，自动将LOAD反应室压力抽到<5m,此过程约需10分
钟。
5)按F5 PROGRAM ，再按F1 RECIPES，用→←↑↓键将光标移到Select A Recipe,按
ENTER，检查左上角RECIPE To RUN是否为所需的工艺菜单（一般为METAL1-EPD），若不是所需菜单，将光标移到右边所需菜单名称上，按ENTER，则此菜单被选上。6)按F5 再按F2 LOAD，将光标移到Select A Sequence上，按ENTER，检查左上角Sequence
to Run是否为所需装片程序（一般用Full-LOAD），若不是所需程序，将光刻移到右边所需程序上，按ENTER，此程序被选。
7)当LOADER显示Idle时，按F4 NORMAL OPERA TION，再按F2 WAFER TRANSTER，
开始传片，这时按F6 SERVICE 将光标移到W AFER LOCATION上，按ENTER，观察硅片位置。
8)流片结束后，自动进行工艺腐蚀，按F7 MONITOR，再按F2可监控工艺进行状况。
9)腐蚀到第二步时，按F4 NORMAL OPERATION，再按F4 ENDPOINT OPERA TION，观
察终点曲线。
10)一炉腐蚀完，设备会自进行下一炉装片及腐蚀至所装工艺片，腐蚀完毕，并开门。
11)将腐蚀好的片子卸下，将传片盒放回原位，按DOOR关门，门关好后，按ABORT键，
不需将LOAD反应室抽真空。
12)进行干刻送出作业。
注意：金属腐蚀结束后须马上送湿法间冲水，随后立即做干法去胶。
5、FUSION150——单片式紫外固胶机，适用于孔腐蚀和金属腐蚀前和大束流注入前光刻胶
的固化。若取消UV固胶，在孔腐蚀和大束流注入等工艺中，光刻胶表面因受大量离子轰击出现高温，发生塌胶和燃胶现象，影响工艺质量。
1)若设备处于关机状态，按“PROCEED”键，等待机械臂复位。
2)当设备处于“MAIN MENU”画面，按↓键，将光标移到“PROCESS MENU”处，按
SELECT键，出现“PROCESS MENU”画面。
3)按↓键，将光标移至“SELECT PROCESS”处，按SELECT键，出现“SELECT PROCESS
B*”画面。
4)如果显示不是所须程序，则按↑或↓键，选择需要的程序。
5)按SELECT键确认，出现“SELECT PROCESS”画面。
6)按RESUME键，出现“SELECT PROCESS *** ”画面。
7)按MENU键，显示回到“PROCESS MENU”画面。
8)按↓键，将光标移到“VIEW CYCLE STATUS”处，按SELECT键。
9)设备开始运行，有吹气声发出，按PROC MODE ，选择AUTO START模式。
10)按BATCH START键，开始固胶。
11)结束后若无圆片急需处理，按MENU键。
12)若箭头在POWER DOWN ，按SELECT键，设备回到关机状态。
注意：本设备右边下料片架为白色、Teflon专用片架。
13)作腐蚀送出作业。
6、TEGAL801——平板电容型单片腐蚀机，用于多晶淀积后硅片背面多晶的剥
离。工艺气体：SF6。
操作步骤：
1)按AC，打开主机电源。
2)按CH1，打开工艺通道。
3)按Wafer Feed进行先行片腐蚀。
4)先行片腐蚀结束后，检查背面腐蚀情况。
5)若先行片腐蚀无异样，按Auto进行批腐蚀。
6)腐蚀结束后，将圆片移回传片架，进行腐蚀送出作业。
注意：该工艺腐蚀的是圆片背面多晶硅，腐蚀时必须使硅片背面朝上。
7、TEGAL1511E——平板电容型单片腐蚀机，用于多晶和Si3N4的腐蚀。
1)若主机处于“Standby”状态，按触摸屏上的“release”键使主机进入工作状态。
2)待主机显示“Idle”状态，屏幕下方的命令行出现。检查命令行上方的菜单名，如不是所
需菜单名，按菜单名键，直至得到所需菜单名*。
3)用硅片转换器把待腐蚀的圆片整理好，放于主机左侧上料台，将空的工作片架放于主机
右侧出料台。
4)按下“WAFER”键，进行先行片刻蚀。
5)先行片腐蚀结束后，取出放在显微镜下检查，若无异样，用膜厚仪测剩余SiO2厚度符
合要求。
6)先行片检查符合要求后，将片架放回出料台。
7)按“LOT”键，进行批腐蚀。
8)腐蚀结束后，将圆片移回传片架，进行腐蚀送出作业。
9)腐蚀结束后，如不连续工作，按“more”键，直至命令行出现“S tandby”命令，按“S tandby”
使主机进入“S tandby”状态。
附：1、腐蚀工艺简表
2、腐蚀菜单简表
金属腐蚀与防护
第一章绪论 腐蚀：由于材料与其介质相互作用(化学与电化学)而导致的变质和破坏。 腐蚀控制的方法： 1）、改换材料 2）、表面涂漆/覆盖层 3）、改变腐蚀介质和环境 4）、合理的结构设计 5）、电化学保护 均匀腐蚀速率的评定方法： 失重法和增重法；深度法； 容量法(析氢腐蚀)；电流密度； 机械性能(晶间腐蚀)；电阻性. 第二章电化学腐蚀热力学 热力学第零定律状态函数(温度) 热力学第一定律(能量守恒定律) 状态函数(内能) 热力学第二定律状态函数(熵) 热力学第三定律绝对零度不可能达到 2.1、腐蚀的倾向性的热力学原理 腐蚀反应自发性及倾向性的判据： ?G：反应自发进行 < ?G：反应达到平衡 = ?G：反应不能自发进行 > 注：ΔG的负值的绝对值越大，该腐蚀的自发倾向性越大. 热力学上不稳定金属，也有许多在适当条件下能发生钝化而变得耐蚀. 2.2、腐蚀电池 2.2.1、电化学腐蚀现象与腐蚀电池 电化学腐蚀：即金属材料与电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起金属材料腐蚀破坏. 腐蚀电池(或腐蚀原电池)：即只能导致金属材料破坏而不能对外做工的短路原电 池. 注：1)、通过直接接触也能形成原电池而不一定要有导线的连接； 2)、一块金属不与其他金属接触，在电解质溶液中也会产生腐蚀电池. 丹尼尔电池：(只要有电势差存在) a)、电极反应具有热力学上的可逆性； b)、电极反应在无限接近电化学平衡条件下进行； c)、电池中进行的其它过程也必须是可逆的. 电极电势略高者为阴极 电极电势略低者为阳极 电化学不均匀性微观阴、阳极微观、亚微观腐蚀电池均匀腐蚀
2.2.2、金属腐蚀的电化学历程 腐蚀电池： 四个部分：阴极、阳极、电解质溶液、连接两极的电子导体(即电路) 三个环节：阴极过程、阳极过程、电荷转移过程(即电子流动) 1)、阳极过程氧化反应 ++ - M n M →ne 金属变为金属离子进入电解液，电子通过电路向阴极转移. 2)、阴极过程还原反应 []- -? D D ne +ne → 电解液中能接受电子的物质捕获电子生成新物质. (即去极化剂) 3)、金属的腐蚀将集中出现在阳极区，阴极区不发生可察觉的金属损失，只起到了传递电荷的作用 金属电化学腐蚀能够持续进行的条件是溶液中存在可使金属氧化的去极化剂，而且这些去极化剂的阳极还原反应的电极电位比金属阴极氧化反应的电位高2.2.3、电化学腐蚀的次生过程 难溶性产物称二次产物或次生物质由于扩散作用形成，且形成于一次产物相遇的地方 阳极——[]+n M(金属阳离子浓度) (形成致密对金属起保护作用) 阴极——pH高 2.3、腐蚀电池类型 宏观腐蚀电池、微观腐蚀电池、超微观腐蚀电池 2.3.1、宏观腐蚀电池 特点：a)、阴、阳极用肉眼可看到； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、产生明显的局部腐蚀 1)、异金属(电偶)腐蚀电池——保护电位低的阴极区域 2)浓差电池由于同一金属的不同部位所接触的介质浓度不同所致 a、氧浓差电池——与富氧溶液接触的金属表面电位高而成为阳极区 eg：水线腐蚀——靠近水线的下部区域极易腐蚀 b、盐浓差电池——稀溶液中的金属电位低成为阴极区 c、温差电池——不同材料在不同温度下电位不同 eg：碳钢——高温阳极低温阴极 铜——高温阴极低温阳极 2.3.2、微观腐蚀电池 特点：a)、电极尺寸与晶粒尺寸相近(0.1mm-0.1μm)； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、引起微观局部腐蚀(如孔蚀、晶间腐蚀)
腐蚀方法
表1-1 镀层的侵蚀方法总结 Table 1-1 Generalization of different methos for coating etching 方法一方法二方法三方法四方法五 去掉钢基体2%硝酸 酒精[72] / / / / 去掉Zn 层，保留 Fe-Zn、Fe-Al 浓硝酸 [73] （90%） 10vol.%硫酸[74-75] 5vol.%HCl、六 次甲基四胺[76] 100ml戊醇、10 滴HNO3(70%)[72] 1%苦味酸 [33] 去掉 Zn、Fe-Zn，保留Fe-Al 浓硝酸 （90%） [33-34,74-76] 95mlH2O、 5mlHNO3(70%)、 20gCrO3、 4gZnSO4·7H2O[77] / / / 参考文献 [1]国家中长期科学和技术发展规划纲要https://www.wendangku.net/doc/a69506628.html,/jrzg/ 2006-02/09/content_ 183787.htm [2]张启富，刘邦津，黄健中. 现代钢带连续热镀锌. 北京：冶金工业出版社， 2006：52 [3]Y.D. Abreu, A.D. Silva, A.Ruiz, et al., Study of zinc coatings on steel substrate attained by two different techniques. Surface and Coatings Technology, 1999,120-121:682~686 [4]骆更新.Galfan镀层及其溶剂法热镀工艺.北方交通大学学报，1999，12(5)： 23~26 [5]庞建超，曹晓明，温鸣等.单镀Galfan 钢丝抹拭工艺的研究.新技术新工艺， 2006，（3）：79~80 [6]高福宝.单镀Galfan合金钢丝镀层表面质量的控制与研究：[硕士学位论文]. 天津：河北工业大学，2005 [7]H.K.Balin. 热浸镀原理与工艺.北京：冶金工业出版社，1959：34 [8] B. Jeannien. Fluoride-free flux compositions for the galvanizing in aluminum-containing zinc baths [P]. EP0259385, 1992,07.24 [9] D.M. Chay et al. Low-Fuming Galvanizing Fluxes [P]. US3816188, 1974.06.11 [10] D. Lechkis, J. Zervoudis. Flux and process for hot dip galvanization [P]. US2007/0137731A1, 2007.06. 21
金属腐蚀理论及腐蚀控制答案
《金属腐蚀理论及腐蚀控制》 （跟着剑哥走，有肉吃。） 习题解答 第一章 1.根据表1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验介质中的失重腐蚀速度V- 和年腐蚀深度V p，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。 解：由题意得： （1）对碳钢在30%HNO3( 25℃)中有： Vˉ=△Wˉ/st =(18.7153-18.6739)/45×2×(20×40＋20×3＋40×30)×0.000001 =0.4694g/ m?h 又有d=m/v=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.4694/7.798=0.53mm/y 对铝在30%HNO3(25℃)中有： Vˉ=△Wˉ铝/st
=(16.1820-16.1347)/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6 =0.3391g/㎡?h d=m铝/v=16.1820/30×40×5×0.001=2.697g/cm3 说明：碳钢的Vˉ比铝大，而Vp比铝小，因为铝的密度比碳钢小。 （2）对不锈钢在20%HNO 3( 25℃)有： 表面积S=2π×2 .0＋2π×0.015×0.004=0.00179 m2 015 Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2743)/0.00179×400=0.08715 g/ m2?h 试样体积为：V=π×1.52×0.4=2.827 cm3 d=W/V=22.3367/2.827=7.901 g/cm3 Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.08715/7.901=0.097mm/y 对铝有：表面积S=2π×2 .0＋2π×0.02×0.005=0.00314 m2 02 Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9151)/0.00314×20=0.7882 g/ m2?h 试样体积为：V=π×2 2×0.5=6.28 cm3 d=W/V=16.9646/6.28=2.701 g/cm3 Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.7882/2.701=2.56mm/y 试样在98% HNO3(85℃)时有： 对不锈钢：Vˉ=△Wˉ/st =(22.3367-22.2906)/0.00179×2=12.8771 g/ m2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×12.8771/7.901=14.28mm/y 对铝：Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9250)/0.00314×40=0.3153g/ m2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.3153/2.701=1.02mm/y
腐蚀控制的方法
腐蚀控制的方法 1. 根据使用的环境，正确地选用金属材料和非金属材料； 2. 对产品进行合理的结构设计和工艺设计，以减少产品在加工、装配、储存等环节中的腐蚀； 3. 采用各种改善腐蚀环境的措施，如在封闭或循环的体系中使用缓蚀剂，以及脱气、除氧和脱盐等； 4. 采用化学保护方法，包括阴极保护和阳极保护技术； 5. 在基材上施加保护涂层，包括金属涂层和非金属涂层。 全面腐蚀与局部腐蚀 全面腐蚀是常见的一种腐蚀。全面腐蚀是指整个金属表面均发生腐蚀，它可以是均匀的 也可以是不均匀的。全面腐蚀速度也称均匀腐蚀速度，常用的表示方法有重量法和深度法。局部腐蚀主要有点蚀（孔蚀）、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、 湍流腐蚀等。 点腐蚀（孔蚀）------是一种腐蚀集中在金属（合金）表面数十微米范围内且向纵深发 展的腐蚀形式，简称点蚀。点蚀是一种典型的局部腐蚀形式，具有较大的隐患性及破坏性。点蚀表面直径等于或小于它的深度。一般只有几十微米。 点蚀发生的条件 1．表面易生成钝化膜的材料，如不锈钢、铝、铅合金；或表面镀有阴极性镀层的金属，如碳钢表面镀锡、铜镍等。 2．在有特殊离子的介质中易发生点蚀，如不锈钢在卤素离子的溶液中易发生点蚀。 3．电位大于点蚀电位（Ebr）易发生点蚀。 影响点蚀的因素及预防措施 合金成分、表面状态及介质的组成，pH 值、温度等，都是影响点蚀的主要因素。不锈钢中Cr 是最有效提高耐点蚀性能的合金元素，如与Mo、Ni、N 等合金元素配合，效果最好。降低钢中的P、S、C 等杂质含量可降低点蚀敏感性。奥氏体不锈钢经过固溶处理后耐点蚀。预防点蚀的措施：（1）加入抗点蚀的合金元素，含高Cr、Mo 或含少量N 及低C 的不锈钢抗点蚀效果最好。如双相不锈钢及超纯铁素体不锈钢。（2）电化学保护。（3）使用缓蚀剂。
金属的腐蚀与防护精品教学设计课件.doc
《金属的腐蚀与防护》教学设计 【教学目的】 １．知识：使学生了解金属腐蚀，特别是电化腐蚀的原因和金属防护的 常用方法。 ２．能力：培养学生的自学能力，理论联系实际的能力和归纳总结知 识的能力。 ３．德育：使学生树立环境保护意识和珍惜资源，可持续发展的意识。【教学重点】电化腐蚀的原因。 【教学难点】析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应方程式。 【教学用品】投影仪 【教学过程】 ［探索实验］1、向一充满氧气的大试管 A 中放入几枚用ＮａＣｌ饱和溶液浸泡过的无锈铁钉后，用带导管的单孔胶塞塞紧，再把导管的另一端 伸入烧杯水中０.５ｃｍ左右，观察现象。 2、向另一大试管 B 中放入几枚用稀盐酸溶液浸泡过的无锈铁钉后，用带 导管的单孔胶塞塞紧，再把导管的另一端伸入烧杯水中０. ５ｃｍ左 右，观察现象。 ［师述］我们刚做了两个探索实验，大家都很关心：两支试管里，明显地看到：铁钉生锈了。除了铁钉生锈，还有什么现象呢？ ［投影］示Ａ，Ｂ两组导管内液面的变化（为利于观察，可在Ａ，Ｂ的长导管内各滴加一滴红墨水）（见表一） 现象：Ａ中：长导管内液面上升，Ｂ中：长导管内液面下降。 ［师述］大家一定在想：铁钉为什么会生锈？两支试管中长导管内的液面，为什么一个上升，一个下降？这也就是我们这一节课要研究的主要内容。［板书］金属的电化学腐蚀与防护 ［师述］通过上一节课的学习，我们已经掌握了原电池的化学原理，本节课就是要应用原电池的化学原理，研究金属腐蚀的原因和金属的防护问题。为 了培养同学们的自学能力，理论联系实际的能力和对知识归纳总结的能 力。本节课采用“自学讨论，师生共议，民主教学，亦教亦学”的教学
方法。请大家用１０分钟时间，结合自学提纲阅读教材，并完成上述探 索实验的报告，准备好发言。发自学提纲讲义（上附探索实验报告）［板书］一、金属的电化学腐蚀 1、金属的电化腐蚀的本质：M - ne- = M n+ 2、钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀的分析和比较； 3、金属电化学腐蚀与化学腐蚀的比较； 4、金属防护的常用方法； ［自学提纲］ １．金属的电化腐蚀的本质是什么？ 请分析：钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀中：ａ）原电池的形成条件；ｂ）正、 负极；ｃ电解质溶液；ｄ）电子如何流动形成电通路；ｅ）电极反应；ｆ） 最终腐蚀产物；ｇ）哪种腐蚀更普遍。 ２．析氢腐蚀、吸氧腐蚀中“析”和“吸”字的含意。 ３．什么情况下，金属会发生化学腐蚀？试从形成条件、主要现象、腐蚀 本质、相互关系去比较电化腐蚀与化学腐蚀的异同点。 ４．试举例说明金属腐蚀的危害和金属防护的重要意义，如何根据原电池 反应的原理去选择金属防护的方法？ ［探索实验报告］ 表一 试现象解释反应式 管 Ａ铁钉生锈，发生析氢腐蚀，产生Ｈ2，增大，（－）Ｆｅ－２ｅ＝Ｆｅ２＋长导管液面试管内气体增多，压强增大，（＋）２Ｈ＋＋２ｅ＝Ｈ２ 上升导致导管内液面上升 Ｂ铁钉生锈，发生吸氧腐蚀，消耗Ｏ 2，试管内（－）Ｆｅ－２ｅ＝Ｆｅ２＋长导管液面气体减少，压强，减小，导致（＋）２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２＋４ｅ＝４ＯＨ－下降导管内液面下降
金属腐蚀研究报告方法
金属腐蚀研究方法 院（系）：材料科学与工程学院专业班级：金材1101班 学生姓名：卢阳 学号：9 完成日期：2014年11月16日
金属腐蚀研究方法 ——缝隙腐蚀的研究 缝隙腐蚀是在电解质溶液(特别是含有卤族离子的介质)中，在金属与金属或金属与非金属表面之间狭窄的缝隙内，溶液的移动受到阻滞，当缝隙内溶液中的氧耗竭后，氯离子从缝隙外向缝隙内迁移，金属氯化物的水解酸化过程发生，导致钝化膜的破裂而产生与自催化点腐蚀相类似的局部腐蚀。缝隙腐蚀现象非常普遍，对一些耐蚀金属材料的危害尤其明显[1]。 1、缝隙腐蚀的机理[2] 缝隙腐蚀可分为初期阶段和后期阶段。在初期阶段，发生金属的溶解和阴极的氧还原为氢氧离子的反应： 阳极：M→M++e 阴极：O2+2H2O+4e→4OH- 阳极阴极此时金属和溶液之间电荷是守恒的，金属溶解产生的电子立即被氧还原消耗掉。在经过一段时间后，缝内的氧消耗完后，氧的还原反应不再进行。这时缝内缺氧，缝外富氧，形成了氧浓差电池，金属M在缝内继续溶解，缝内溶液中M+过剩，为了保持电荷平衡，缝隙外部迁移性大的阴离子（如氯离子）迁移到缝内，同时阴极过程转到缝外。缝内已形成金属的盐类(包括氯化物和硫酸盐)发生水解： M+CI+H2O→MOH↓+H+CI- 结果使缝内pH值下降，可达2至3，这就促使缝内金属溶解速度增加，相应缝外邻近表面的阴极过程，即氧的还原速度也增加，使外部表面得到阴极保护，而加速了缝内金属的腐蚀。 而Myer等人认为，至少还有氢离子、中性盐和缓蚀剂的浓差电池存在于缝隙腐蚀过程中，Brown以水解后局部酸化引起局部腐蚀的依据，提出了闭塞腐蚀电池（occluded corrosion cell）的概念。另外，Fontana和Rosefeld等人，指出了蚀孔或缝隙闭塞电池的自催化理论。 缝内外溶液的对流和扩散受阻，导致闭塞区贫氧，缝隙外仍然富氧，造成的氧浓差电池使缝隙内金属的电位低于缝隙外金属的电位，pH值的降低以及H+和Cl-的作用（HCl）使金属处于活化状态，促进闭塞区内金属的溶解，形成二次腐蚀产物Fe(OH)3在缝口，造成正电荷过剩，Cl-迁入。而氯化物在水中发生水解，使缝隙内介质（H+离浓度增加）酸化，pH值下降，因此，加速了阳极的溶解。阳极的加速溶解，又引起更多的Cl-离子迁入，氯化物浓度又增加，氯化物的水解又使介质进一步酸化，如此反复循环，形成了一个闭塞电池内的自催化效应。 2、缝隙腐蚀试验方法 在相对闭塞的狭小缝隙中存留的溶液容量甚微，因此必须设计一些特殊的研究方法
金属腐蚀与防护的理论和方法
金属腐蚀与防护的理论和方法 作者：张文谦， 蔡邦宏 作者单位：张文谦(广东五华二建工程有限公司)， 蔡邦宏(嘉应大学) 刊名： 内江科技 英文刊名：NEIJIANG KEJI 年，卷(期)：2011,32(3) 被引用次数：2次 参考文献(8条) 1.印永嘉;奚正楷;李大珍物理化学简明教程 1992 2.《表面处理工艺手册》编审委员会表面处理工艺手册 1991 3.建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范 2002 4.建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范 2002 5.建筑防雷设计规范 2000 6.邓海金;陈秀云重新架构一切一新材料 1998 7.傅献彩;沈文霞;姚天扬物理化学 1990 8.姚大均化学世界 2000 本文读者也读过(5条) 1.龙玉琴解读金属腐蚀与防护[期刊论文]-试题与研究(教学论坛)2010(22) 2.李润生金属腐蚀与防护[期刊论文]-表面工程资讯2010,10(4) 3.中国金属腐蚀与防护领域的开拓者,两院院士师昌绪获2010年度国家最高科学技术奖[期刊论文]-全面腐蚀控制2011,25(2) 4.王道前金属腐蚀的危害及其防范措施[期刊论文]-小氮肥2011,39(8) 5.陈墨关于CO2对常用管道金属腐蚀的研究[期刊论文]-石油和化工设备2006,9(3) 引证文献(2条) 1.熊惠萍金属腐蚀与防护技术探微[期刊论文]-新材料新装饰 2013(12) 2.鲜福灰关联因子分析法在金属腐蚀主因素辨识中的应用[期刊论文]-上海涂料 2013(4) 本文链接：https://www.wendangku.net/doc/a69506628.html,/Periodical_neijkj201103096.aspx
集成电路制造中的腐蚀工艺
集成电路制造中的腐蚀工艺 摘要：在集成电路制造过程中，需要光刻工艺将光刻版上的图形复制到硅片上，而腐蚀工艺则是通过光刻胶来做保护，最后完成图形复制的任务。腐蚀结果的好坏会直接影响到硅片上的图形，这些图形则最终会在电路制作完成后对电路造成不同程度的影响。对于不同的材料，腐蚀工艺需要根据不同的腐蚀结果选取不同的腐蚀液或腐蚀气体，并通过大量的实验得到最佳的腐蚀结果。文章结合实际工作经验对在常规集成电路制造过程中的的几种材料在腐蚀工序的腐蚀做了简要的说明分析，对易出现的问题进行解决。 关键词：湿法腐蚀；干法腐蚀；等离子腐蚀；铝腐蚀 Etching for Integrated Circuit MA Hong-jiang The 47th Research Institute of China Electronics TechnologyGroup,Shenyang,110032,China Abstract: We need put the pattern on the wafer through Photolithography ,but finally pattern will be keep down through Etch in IC manufacture .Result of etching will affect the pattern on the wafer ,finally all those factor will affect the circuit function after IC is finished .We need do enough experiment to decide the best way to etch different material by using different etchant or gas for etching .This article analyses the result of different material in etching process in normal IC manufacture ,and it afford many method to solve so many questions that those are occurred easily in etching . Keywords : Wet Etch；Dry Etch ；Plasma Etch；Al Etch 引言 在集成电路的制造过程中，腐蚀工艺占有极其重要的地位。制造工艺中的光刻工艺是把需要的图形复制到硅片表面，但这样的图形只是光刻胶的图形，而光刻胶并不能担负起在硅片上留下最终图形的任务，这只能通过其后的腐蚀工艺来
NACE-炼油工业腐蚀控制教程 -第14章-腐蚀监测技术 中文-翻译
第十四章炼厂的腐蚀监测 学习目的 完成本章学习后，你将能够做到： ?确定腐蚀监测的目的 ?确定腐蚀监测技术的主要类别 ?确定腐蚀试样的主要优点 ?认识计算腐蚀试样腐蚀速率的因素 ?确定电阻监测使用的机制 ?识别在电阻监测中用于计算阻力系数的因素 ?识别电阻监测的原理缺陷 ?描述电化学腐蚀监测的前提 ?识别电化学腐蚀监测中计算腐蚀速率的因素 ?识别各种电化学腐蚀监测方法 ?描述腐蚀速率与极性化电阻之间的关系，而极性化电阻是LPR的基础 ?描述潜在监测的主要用途 ?描述零电阻电流计的主要用途 ?描述电阻抗谱的主要用途 ?识别当前噪声和潜在噪声之间的差异 ?电化学噪声分析
?识别侵入式和非侵入式氢流量监测之间的区别 ?确定使用氢探头的一个或多个限制 ?识别腐蚀监测点的一个或多个特征 ?确定腐蚀热点的一个或多个特征 ?要求炼油厂进行腐蚀监测 ?确定特定炼油厂工艺装置中的一个或多个腐蚀监测点 ?识别在线过程监控中涉及的一个或多个不准确来源 14.1介绍 腐蚀监测是炼油厂安全经济运行的基础。本章介绍了目前炼油厂使用的腐蚀监测方法的基本概况，从简单的腐蚀挂片技术到先进的电化学方法。 其中一些系统被设计成组合的，以确保监测信息的准确性和一致性。 炼油厂的主要腐蚀源包括： ?架空系统中的露点腐蚀 ?高温非水腐蚀 ?水硫化物腐蚀 ?用作催化剂的强酸 ?用于气体脱硫的胺溶液。 每种情况都会造成不同的情况，必须对这些情况进行相应的分析和监测。 14.2腐蚀监测的用途 炼油厂采用腐蚀监测有以下几个原因： ?腐蚀问题诊断
?监测腐蚀控制方法 ?系统故障导致腐蚀损坏的高级警告 ?调用过程控制 ?确定检查和/或维护计划 ?预估设备的使用寿命。 14.3腐蚀监测技术 炼油由于炼油厂的操作环境和使用条件多种多样，因此腐蚀评估可能很复杂。没有一种单一的腐蚀监测方法能在所有的应用中发挥作用。为了提供准确可靠的数据，可能需要多种测量技术的结合。有些方法对于周期性或连续的在线测量是有用的。其他则用于停产或新建工程。 腐蚀监测技术的四个基本类别是直接、间接、侵入和非侵入。表14.1说明了这些监测方法之间的关系。 表14.1腐蚀监测方法的类型 直接间接 浸入腐蚀试样 电阻（ER） 线性极化电阻（LPR）在线pH或水分析内部氢通量探头 非浸入超声波检测 射线照相术 外部氢通量探头 通过现有阀门获得的水样分析 表面贴片氢探针 直接测量腐蚀直接结果的技术，包括腐蚀试样、电阻（ER）技术，以及线性极化电阻（LPR）。间接技术测量腐蚀过程的结果，包括超声波测试和射线照相。两种技术都可以用来确定管道、容器或其他设备的剩余壁厚受腐蚀影响。 需要进入流程的侵入性技术，包括腐蚀试样、ER和LPR探针，以及在线pH或水分析。非侵入性技术包括外部氢通量探针和通过现有阀门获得的水样的分析。
腐蚀常识
试述不锈钢耐腐蚀试验方法的种类和试验步骤？ 根据国家标准，不锈钢耐腐蚀试验方法可分为下列几种： （1）不锈钢10％草酸浸蚀试验方法（GB4334.1-84）适用于检验奥氏体不锈钢晶间腐蚀的筛选试验方法，试样在10％草酸溶液中电解浸蚀后，在显微镜下观察被浸蚀表面的金相组织，以判定是否需要进行硫酸－硫酸铁、65％硝酸、硝酸－氢氟酸以及硫酸－硫酸铜等长时间热酸试验。必要时也可以作为独立的无损检验方法。 试验步骤： 1）将100g草酸溶解于900ml蒸馏水或去离子水中，配制成10％草酸溶液。对含钼钢种可将100g过硫酸铵溶解于900ml蒸馏水或支离子水中，制成10％过硫酸铵溶液，代替10％草酸溶液。 2）把浸蚀试样作为阳极，倒入10％草酸溶液，以不锈钢板或不锈钢片作为阴极，接通电路。电流密度为1A/cm2，浸蚀时间90s，浸蚀溶液温度20～50℃。用10％过硫酸铵溶液浸蚀时，电流密度为1A/cm2，浸蚀时间5～10min。 3）试样浸蚀后，用流水洗净。在金相显微镜下观察试样的全部浸蚀表面，放大倍数为200～500倍，根据其组织特征确定是否进行其它耐腐蚀试验。 （2）不锈钢硫酸－硫酸铁腐蚀试验方法（GB4334.2-84）适用于将奥氏体不锈钢在硫酸－硫酸铁溶液中煮沸试验后，以腐蚀率评定晶间腐蚀倾向的一种试验方法。 试验步骤： 1）将硫酸用蒸馏水或去离子水配制成50±0.3％（质量百分比）的硫酸溶液，然后取该溶液600ml加入25g硫酸铁加热溶解配制成试验溶液。 2）测量试样尺寸，计算试样面积（取三位有效数字）。 3）试验前后称质量（准确到1mg）。 4）溶液量按试样表面积计算，其量不小于20ml/cm2。每次试验用新的溶液。 5）试样放在试验溶液中用玻璃支架保持于溶液中部，连续沸煮沸120h。每一容器内只放一个试样。 6）试验后取出试样，在流水中用软刷子刷掉表面的腐蚀产物，洗净、干燥、称重。 试验结果以腐蚀率评定为：
腐蚀工艺教程
腐蚀工艺教程（湿法清洗部分） 一、什么是半导体？ 半导体是介于导体和绝缘体之间的物质，它的电阻率在10-3~109范围内。自然界中属于半导体的物质很多，用于制造半导体的材料主要是硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）。纯净的半导体电阻率很高，几乎不导电。但在特定的条件下，如光照、掺杂等，它的电阻率可以降到几十欧姆甚至更低，并且随掺入的杂质不同呈不同的导电特性。我们分别称之为P （空穴导电）型半导体和N（电子导电）型半导体。P型半导体和N型半导体相接触时，在接触面就形成了PN结。PN结具有正向导通反向截止的特性，利用它可以制得常用的二极管。 在集成电路制造中，常用的衬底材料是硅单晶片，根据圆片加工过程中硅单晶切割的晶格方向的不同，可把它分为<100>和<111>等晶向。在mos集成电路制造中，选用的是<100> 晶向的圆片。 二、什么是集成电路？ 不同导电类型的半导体组合在一起，可以做成二极管、三极管、电容、电阻，如果把这些元件做在同一块芯片上，完成一定的电路功能，就称之为集成电路。 集成电路可分为双极集成电路和MOS集成电路，MOS集成电路又可分为nMOS集成电路、pMOS集成电路和CMOS集成电路。 三、集成电路中的常用薄膜。 多晶硅 常用在MOS器件中作为栅电极。也可用于高电阻的电阻器，及局部电路的短连线 二氧化硅 集成电路中使用的二氧化硅膜可分为热二氧化硅和CVD淀积二氧化硅两类。在MOS集成电路中，它有以下几种用途：作为对付掺杂剂注入或扩散进硅的掩膜，提供表面钝化，使器件一部分与一部分隔离，作为MOS器件的一个组成部分（如栅介质），作为金属步线之间的电绝缘。 氮化硅 能阻挡钠离子的扩散，几乎不透潮气并具有很低的氧化速率。用低压CVD（LPCVD）方法淀积的氮化硅膜，主要用作平面工艺的氧化掩膜；用等离子淀积（PECVD）的氮化硅膜，能在较低温度下生成，可作为钝化保护层。 Al-Si-Cu 用在集成电路中作为金属互连线。 四、什么是刻蚀 集成电路的制造，需要将各种不同的元件（晶体管、电阻、电容）做在同一块芯片上去，需要在芯片上做出不同的图形。把光刻确定的图形转移到构成器件的薄膜上，把不需要的薄膜去除，这一过程称为刻蚀。刻蚀分为干法腐蚀和湿法腐蚀。 五、常用湿法腐蚀工艺 1. HF去二氧化硅 说明：HF酸漂去二氧化硅 配比：HF：H2O=1：10 温度：室温 流程：HF酸漂洗（依漂去二氧化硅厚度定时）→溢流5分钟→冲水10次→甩干 2. 磷酸去氮化硅
金属腐蚀与防护课后习题答案
腐蚀与防护试题 1化学腐蚀的概念、及特点 答案：化学腐蚀：介质与金属直接发生化学反应而引起的变质或损坏现象称为金属的化学腐蚀。 是一种纯氧化-还原反应过程，即腐蚀介质中的氧化剂直接与金属表面上的原子相互作用而形成腐蚀产物。在腐蚀过程中，电子的传递是在介质与金属之间直接进行的，没有腐蚀电流产生，反应速度受多项化学反应动力学控制。 归纳化学腐蚀的特点 在不电离、不导电的介质环境下 反应中没有电流产生，直接完成氧化还原反应 腐蚀速度与程度与外界电位变化无关 2、金属氧化膜具有保护作用条件，举例说明哪些金属氧化膜有保护作用，那些没有保护作用，为什么？ 答案：氧化膜保护作用条件： ①氧化膜致密完整程度；②氧化膜本身化学与物理稳定性质；③氧化膜与基体结合能力；④氧化膜有足够的强度 氧化膜完整性的必要条件：PB原理：生成的氧化物的体积大于消耗掉的金属的体积，是形成致密氧化膜的前提。 PB原理的数学表示： 反应的金属体积：V M = m/ρ m-摩尔质量 氧化物的体积： V MO = m'/ ρ ' 用? = V MO/ V M = m' ρ /（ m ρ ' ） 当? > 1 金属氧化膜具备完整性条件 部分金属的?值 氧化物?氧化物?氧化物? MoO3 3.4 WO3 3.4 V2O5 3.2 Nb2O5 2.7 Sb2O5 2.4 Bi2O5 2.3 Cr2O3 2.0 TiO2 1.9 MnO 1.8 FeO 1.8 Cu2O 1.7 ZnO 1.6 Ag2O 1.6 NiO 1.5 PbO2 1.4 SnO2 1.3 Al2O3 1.3 CdO 1.2 MgO 1.0 CaO 0.7 MoO3 WO3 V2O5这三种氧化物在高温下易挥发，在常温下由于?值太大会使体积膨胀，当超过金属膜的本身强度、塑性时，会发生氧化膜鼓泡、破裂、剥离、脱落。 Cr2O3 TiO2 MnO FeO Cu2O ZnO Ag2O NiO PbO2 SnO2 Al2O3 这些氧化物在一定温度范围内稳定存在，?值适中。这些金属的氧化膜致密、稳定，有较好的保护作用。 MgO CaO ?值较小，氧化膜不致密，不起保护作用。 3、电化学腐蚀的概念，与化学腐蚀的区别 答案：电化学腐蚀：金属与介质发生电化学反应而引起的变质与损坏。 与化学腐蚀比较： ①是“湿”腐蚀 ②氧化还原发生在不同部位 ③有电流产生 ④与环境电位密切相关
腐蚀测试方法
一、填空题 1.腐蚀的定义：物质（通常是金属）或其性能由于与环境发生反应所引起的变质。 2.金属腐蚀测试方法按测试方法的性质可分为物理的、化学的和电化学的的试验方法。 3.在重量法中清除腐蚀产物的方法有：机械法、化学清洗法、电解去膜法。 4.在确定采用何种腐蚀研究方法时应从腐蚀介质、金属材质、腐蚀类型等三方面综合考虑。 5.腐蚀试验结果的误差包括系统误差和偶然偏差。 6.参比电极必需具备的性能有1）参比电极应是可逆电极，它的电极电位时可逆电位，符 合能斯特电极电位公式、2）电极过程的交换电流密度高，不易极化、3）具有良好的电位稳定性和重现性、4）如果参比电极突然流过电流，断电后其电极电位应很快回复到原先的电位值、5）电极电位随温度的变化小、6）制备、使用、维护简单方便。 7.当两种不同金属在介质中相互接触，其中自腐蚀电位较负的金属在接触处的局部腐蚀速 度将加剧，而自腐蚀电位较正的金属在接触处的局部腐蚀速度将减慢。 二、不定项选择题 1.下列电极中，在任何温度时电极电位均为零的是：（C） A 饱和甘汞电极 B 银—氯化银电极 C 标准氢电极 D 铜—硫酸铜电极 2.下述方法中不属于电化学测试方法的有：（A、C） A 重量法 B 极化曲线法 C 电阻法 D电偶法 E 交流阻抗法 3.某金属工件由异种金属铆钉铆接而成，其工作时处于腐蚀介质中，从安全角度考虑，应 选用：（B） A 小阳极大阴极结构 B 大阳极小阴极结构 C A、B都可以 4.在经典电化学测试中，应通过盐桥与体系相连的是：（B） A 辅助电极 B 参比电极 C 工作电极 D全部需要 5.在测定金属M M与参比电极组成的电池的开路电压V且连接 电极M（A） 6.A、B （A） 7.金属腐蚀速率最常用的三种指标是：（A、B、C） A 重量指标 B 深度指标 C 电流指标 D机械强度指标 8.一个金属浸在被氢气饱和的溶液中，则金属的有效溶解速度可表示为：（B）
金属腐蚀与防护课后答案
金属腐蚀与防护课后答案 《金属腐蚀理论及腐蚀控制》 习题解答 第一章 1.根据表1中所列数据分别计算碳钢和铝两种材料在试验介质中的失重腐蚀速度V-和年腐蚀深度V p，并进行比较，说明两种腐蚀速度表示方法的差别。 解：由题意得： （1）对碳钢在30%HNO3(25℃)中有： Vˉ=△Wˉ/st =(18.7153-18.6739)/45×2×(20×40＋20×3＋40×30)×0.000001 =0.4694g/m?h 又有d=m/v=18.7154/20×40×0.003=7.798g/cm2?h Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.4694/7.798=0.53mm/y 对铝在30%HNO3(25℃)中有： Vˉ=△Wˉ铝/st =(16.1820-16.1347)/2×(30×40＋30×5＋40×5)×45×10-6
=0.3391g/㎡?h d=m铝/v=16.1820/30×40×5×0.001=2.697g/cm3 说明：碳钢的Vˉ比铝大，而Vp比铝小，因为铝的密度比碳钢小。（2）对不锈钢在20%HNO (25℃)有： 3 表面积S=2π×2 .0＋2π×0.015×0.004=0.00179m2 015 Vˉ=△Wˉ/st=(22.3367-22.2743)/0.00179×400=0.08715g/ m2?h 试样体积为：V=π×1.52×0.4=2.827cm3 d=W/V=22.3367/2.827=7.901g/cm3 Vp=8.76Vˉ/d=8.76×0.08715/7.901=0.097mm/y 对铝有：表面积S=2π×2 .0＋2π×0.02×0.005=0.00314m2 02 Vˉ=△Wˉ/st=(16.9646-16.9151)/0.00314×20=0.7882g/ m2?h 试样体积为：V=π×2 2×0.5=6.28cm3 d=W/V=16.9646/6.28=2.701g/cm3
金相腐蚀方法汇总
金相腐蚀方法汇总 金相腐蚀是金相样品制备中的一道工序，有两种方法：化学腐蚀法和电解腐蚀法。 一、化学腐蚀 化学腐蚀是将抛光好的样品磨光面在化学腐蚀剂中腐蚀一定时间，从而显示出其试样的组织形貌。 纯金属及单相合金的腐蚀是一个化学溶解的过程。由于晶界上原子排列不规则，具有较高自由能，所以晶界易受腐蚀而呈凹沟，使组织显示出来，在显微镜下可以看到多边形的晶粒。若腐蚀较深，则由于各晶粒位向不同，不同的晶面溶解速率不同，腐蚀后的显微平面与原磨面的角度不同，在垂直光线照射下，反射进入物镜的光线不同，可看到明暗不同的晶粒。两相合金的腐蚀主要是一个电化学腐蚀过程。两个组成相具有不同的电极电位，在腐蚀剂中，形成极多微小的局部电池。具有较高负电位的一相成为阳极，被溶入电解液中而逐渐凹下去；具有较高正电位的另一相为阴极，保持原来的平面高度。因而在显微镜下可清楚地显示出合金的两相。图为镁-锌合金与珠光体组织两相腐蚀后的情况。多相合金的腐蚀，主要也是一个电化学的溶解过程。在腐蚀过程中腐蚀剂对各个相有不同程度的溶解。必须适用合适的腐蚀剂，如果一种腐蚀剂不能将全部组织显示出来，就应采取两种或更多的腐蚀剂依次腐蚀，使之逐渐显示出各相组织，这种方法也叫选择腐蚀法。另一种方法是薄膜染色法。此法是利用腐蚀剂与磨面上各相发生化学反应，形成一层厚薄不均的膜（或反应沉淀物），在白光的照射下，由于光的干涉使各相呈现不同的色彩，从而达到辨认各相的目的。 化学腐蚀的方法是显示金相组织最常用的方法。其操作方法是：将已抛光好的试样用水冲洗干净或用酒精擦掉表面残留的脏物，然后将试样磨面浸入腐蚀剂中或用竹夹子或木夹夹住棉花球沾取腐蚀剂在试样磨面上擦拭，抛光的磨面即逐渐失去光泽；待试样腐蚀合适后马上用水冲洗干净，用滤纸吸干或用吹风机吹干试样磨面，即可放在显微镜下观察。试样腐蚀的深浅程度要根据试样的材料，组织和显微分析的目的来确定，同时还应与观察者所需要的显微镜的放大率有关；高倍观察时腐蚀稍浅一些，而低倍观察则应腐蚀较深一些。 二、电解腐蚀 电解腐蚀所用的设备与电解抛光相同，只是工作电压和工作电流比电解抛光时小。这时在试样磨面上一般不形成一层薄膜，由于各相之间和晶粒与晶界之间电位不同，在微弱电流的作用下各相腐蚀程度不同，因而显示出组织。此法适于抗腐蚀性能强、难于用化学腐蚀法腐蚀的材料。 若试样制备好后需要长期保存，则需要在腐蚀过的试样观察面上涂上一层极薄的保护膜，常用的有火棉胶或指甲油等。 三、常见化学侵蚀剂 成分工作条件用途 硝酸 1~5mL ，酒精 100mL 几秒--1min 碳钢、合金钢、铸铁 苦味酸 4g ，酒精 100mL 几秒--几分钟显示细微组织 盐酸 5mL ，苦味酸 1g ，酒精 100mL 几秒--1min ，奥氏体晶粒，回火马氏体 盐酸 15mL ，酒精 100mL 几分钟氧化法晶粒度 硫酸铜 4g ，盐酸 20mL ，水 20mL 浸入法不锈钢，氮化层 苦味酸 2g ，氢氧化钠 25g ，水 100mL 煮沸 15min 渗碳体染色，铁素体不染色 盐酸 3 份，硝酸 1 份静置 24h 浸入法奥氏体及铬镍合金 盐酸 10mL ，硝酸 3mL ，酒精 100mL 2--10min 高速钢 苦味酸 3~ 5g ，酒精 100mL 浸入法 10--20min 铝合金 氢氟酸 2mL,盐酸 3mL,硝酸 5mL,水 95mL 浸蚀法5~10分钟铝材及铝合金材料 盐酸 10mL ，硝酸 10mL < 70 ℃铜合金
金属腐蚀与控制
金属腐蚀与控制 第一章腐蚀概论 一、腐蚀的定义 腐蚀是材料在环境的作用下引起的破坏或变质。金属和合金的腐蚀主要是由于化学或电化学作用引起的破坏，有时还同时伴有机械、物理或生物作用。例如应力腐蚀破裂就是应力和化学物质共同作用的结果。单纯物理作用的破坏，如合金在液态金属中的物理溶解，也属于腐蚀范畴，但这类破坏实例不多。单纯的机械破坏，如金属被切削、研磨，不属于腐蚀范畴非金属的破坏一般是由于化学或物理作用引起，如氧化、溶解、溶胀等。 二、腐蚀的危害 1.经济损失 腐蚀的危害非常巨大，它使珍贵的材料变为废物，如铁变成铁锈、（氧化铁）；使生产和生活设施过早地报废，并因此引起生产停顿，产品或生产流体的流失，环境污染，甚至着火爆炸。据统计，工业发达国家每年由于金属腐蚀的直接损失约占全年国民经济总产值的2～4％。中国1988年国民生产总值约为1万4千亿元，由于金属腐蚀造成的直接损失约为300～600亿元。据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的总和，这还不包括由于停工减产、火灾爆炸等造成的间接损失。例如，发电厂一合锅炉管子腐蚀损坏，其价值不大，但引起一大片工厂停工，则损失要大得多。另外，非金属腐蚀损失还没有详细调查，由于混凝上、木材、塑料等用量庞大，腐蚀损失也是惊人的。材料腐蚀遍及所有的经济和生活领域，由于腐蚀主要是材料与化学介质发生化学反应所引起的，所以，对于大量使用和生产强腐蚀性化学产品的化学工业等，其危害就更大。克服腐蚀危害也是广大科技工作者的迫切任务。 2.对安全和环境的危害 腐蚀不仅造成经济上的损失；也经常构成对安全的威胁。均匀腐蚀，如铁生锈，一般进展缓慢，危险性不大，但一些局部腐蚀如孔蚀（穿孔）和应力腐蚀破裂，常常是突然发生的，可能引起事故，造成意外危险。过去国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因某一零部件破裂而坠毁，桥梁因钢梁产生裂缝而塌陷，油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸等。化工厂的腐蚀事故更多，如贮酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染，液氨贮罐爆炸，造成人员伤亡，管道和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体如氯、硫化氢、氰化氢等的泄漏，则更危及工作人员和附近居民的生命安全。据一些化工厂的统计，化工设备的破坏约有60％是由于腐蚀引起的，而腐蚀破坏中约30％是均匀腐蚀， 70％则属于危险的局部腐蚀，其中以应力腐蚀破裂为最多。可见，除了经济损失以外，腐蚀对安全和环境的威胁决不容忽视。 3.阻碍新技术的发展 一项新技术、新产品、和新工业的产生过程中，往往会遇到需要克服的腐蚀问题，只有解决了这些困难的腐蚀问题，新技术、新产品、新工业才得以发展。工业史上有许多例子，如铅室法硫酸工业是在找到了耐稀硫酸的铅材才得以发展起来的; 发明了不锈钢以后，生产硝酸和应用硝酸的工业才蓬勃兴起。近代还有一个有趣的例子，美国人在实施登月计划的过程中，遇到一个严重的腐蚀问题：盛四氧化二氮（氧化剂）的容器是用钛合金（6％A1，4％V）制成的，试验中几小时内就破裂，经查是应力腐蚀所致。后来科学家找到了防止破裂的方法：在氧化剂中加入少量水（＞1.5％）或加0.6％NO，作为缓蚀剂，控制了应力腐蚀，克服了这道障碍，人类终于登上了月球。现在和未来在发展新技术、新产品的过程中，还会不断遇到各种新的腐蚀问题，而且是越来越困难的问题，例如化学、能源（包括核能）、航天工业等都有向高温、高压方向发展的趋势，这样可获得更高的生产率，更快的速度和更低的生产成本。但高温高压会造成更加苛刻的腐蚀环境。早期的喷气机油泵温度约为790℃，现在已达到约1100℃，这就需要适应高温、高速的新材料。由于石油和天然气的短缺，特别是我国，利用蕴藏量巨大的煤转化为气或液体燃料，是有重大意义的，但这就会遇到一连串的腐蚀问题：高温（超过1650℃）、高压、庞大的容器、粉尘的磨损腐蚀，硫化氢以及加氢引起的氢腐蚀，适应高温、高速、高磨蚀的泵和阀等。解决了这一系列问题，将可能获得廉价的煤的液化、气化燃料，将使我国以至世界的经济面貌大为改观。 4.促进自然资源的耗损 地球只有薄薄的一层外壳贮藏着可用的矿藏，而金属矿的贮量是有限的，现在已越来越减少。人类从矿石中提炼出金属，腐蚀又使金属变为无用的、不能回收的散碎的氧化物等，因而加速了自然资源的耗损。从延缓自然资源耗竭的观点看，防止腐蚀的工作也是十分重要的。 三、腐蚀的分类 根据腐蚀的形态，可分为均匀（全面）腐蚀和局部腐蚀两类，局部腐蚀还可分为若干小类。 根据腐蚀的作用原理，可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。两者的区别是当电化学腐蚀发生时，金属表面存在隔离的阴极与阳极，有微小的电流存在于两极之间，单纯的化学腐蚀则不形成微电池。过去认为，高温气体腐蚀（如高温氧化）属于化学腐蚀，但近代概念指出在高温腐蚀中也存在隔离的阳极和阴极区，也有电子和离子的流动。据此，出现了另一种分类：干腐蚀和湿腐蚀。湿腐蚀是指金属在水溶液中的腐蚀，是典型的电化学腐蚀，干腐蚀则是指在干气体（通常是在高温）或非水溶液中的腐蚀。单纯的物理腐蚀，对于金属很少见，对于非金属，则多半产生单纯的化学或物理腐蚀，有时两种作用同时发生。 金属腐蚀与控制