【摘 要】
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钢铁材料由于具有成熟的制备工艺、优良的综合力学性能和较高的性价比等特点被广泛应用于工业领域,但其在服役环境中极易受到腐蚀。目前为止,在钢铁表面制备耐腐蚀涂层是最合理高效的防护手段之一。掺杂ZnO阻变薄膜是一类含有大量氧空位等本征缺陷的半导体材料,其内部的氧空位能够与环境中O2发生复合,而通过电场的作用可以使薄膜中O2-迁移并脱离薄膜而重新产生氧空位。由此通过对薄膜内氧空位的形成和分布进行调控,使薄
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钢铁材料由于具有成熟的制备工艺、优良的综合力学性能和较高的性价比等特点被广泛应用于工业领域,但其在服役环境中极易受到腐蚀。目前为止,在钢铁表面制备耐腐蚀涂层是最合理高效的防护手段之一。掺杂ZnO阻变薄膜是一类含有大量氧空位等本征缺陷的半导体材料,其内部的氧空位能够与环境中O2发生复合,而通过电场的作用可以使薄膜中O2-迁移并脱离薄膜而重新产生氧空位。由此通过对薄膜内氧空位的形成和分布进行调控,使薄膜表现出高低阻态转变的特性,引起了其在阻变存储器中应用研究的热潮。鉴于掺杂ZnO薄膜对环境中的O2具有屏蔽作用,因此其在腐蚀防护领域有很大的潜力。本文在304不锈钢表面制备了掺杂ZnO阻变薄膜,以增强对钢基底的腐蚀防护能力,并探索了掺杂ZnO阻变薄膜电阻转变特性在腐蚀防护领域的应用。本文分别选择Mg和Al作为掺杂元素,通过溶胶凝胶法、旋涂技术在304不锈钢表面制备出MgxZn1-xO和AlxZn1-xO阻变薄膜,并研究了不同Mg掺杂浓度和Al掺杂浓度对阻变薄膜的形貌、结构、半导体特性以及耐蚀性的影响;测定了MgxZn1-xO和AlxZn1-xO阻变薄膜在3.5%Na Cl溶液中的耐蚀性能随浸泡时间的变化规律及薄膜阻变特性在缓解其耐蚀性下降中的应用和内在机制。结果表明,制备出的MgxZn1-xO阻变薄膜表面由均匀细小的等轴晶粒组成,是一种内部含有大量氧空位的n型半导体材料。随着Mg掺杂浓度的上升,薄膜的晶粒尺寸和晶格常数逐渐减小,氧空位浓度逐渐升高。钢基体表面沉积MgxZn1-xO阻变薄膜后,其耐蚀性能显著增强,且可通过施加电场处理调控薄膜中的氧空位浓度使其具有电阻转变行为;在低阻态下,薄膜中的高氧空位浓度能够对溶液中的氧起到屏蔽作用;而在高阻态下薄膜具有良好的耐蚀性。制备出的AlxZn1-xO阻变薄膜表面由细小的等轴晶粒组成,但其表面存在微孔和裂纹,是一种含有大量氧空位的n型半导体材料。随Al掺杂浓度的升高,薄膜晶粒尺寸和晶格常数先减小后增大,氧空位浓度逐渐下降。在钢表面沉积AlxZn1-xO薄膜后,其耐蚀性有明显增强;AlxZn1-xO薄膜也表现出一定的电阻转变行为。通过对比发现,MgxZn1-xO薄膜在3.5%Na Cl溶液中较AlxZn1-xO阻变薄膜具有更好的耐蚀性和明显的电阻转变特性。Mg0.1Zn0.9O薄膜耐蚀性最佳,其腐蚀电位最正（-43 m V）,腐蚀电流密度最小(9.58×10-9 A/cm~2)。MgxZn1-xO薄膜的高低阻态阻值间相差近百倍,而AlxZn1-xO薄膜高低阻态阻值仅相差几倍。
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