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钛表面无氢渗碳层耐腐蚀性能研究
作 者: 罗小峰
导 师: 李争显
学 校: 东北大学
专 业: 材料学
关键词: 纯钛 双层辉光等离子 无氢渗碳 显微硬度 相组成 耐蚀性能
分类号: TG178
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
钛的比重小、强度高、耐蚀性优异,而被广泛应用于航空航天、石油化工、生物医学、海洋工程等领域。但是钛的硬度低、耐磨性能差,在HCl和H2SO4等非氧化性酸中耐蚀性差,易发生全面腐蚀。如何在提高钛及钛合金表面硬度的同时提高钛及钛合金的耐蚀性能,是我们所期望的结果。Timet发明了一种对钛基体材料进行碳合金化的技术,形成整体的TiC合金,该合金在HCl溶液中表现出优异的耐蚀性能。但是该合金由于在钛中加入较多含量的c,会使钛合金的力学性能发生改变,影响该合金的应用。本研究采用双层辉光等离子冶金技术在钛表面渗入c,在钛表面形成TiC合金,实现在提高钛合金耐蚀性能的同时,也提高了钛合金的表面硬度。本文通过SEM、EDS、XRD、电化学曲线、室温全面腐蚀等分析手段,对无氢渗碳试样的显微硬度、组织、相组成和耐蚀性能进行研究,得出如下结论:1.经过无氢渗碳处理的试样表面硬度得到显著提高,且随着渗碳温度的升高试样表面硬度逐渐增加,渗碳后表面硬度比没有渗碳的纯钛基体硬度提高约3-5倍。2.无氢渗碳层与钛基体有明显的分界面,渗层的厚度随着渗碳温度的升高而逐渐增加,从十几个微米逐渐增加到几十个微米。渗层中TiC的含量也随着渗碳温度的升高而增加。3.电化学腐蚀实验表明,经过无氢渗碳处理的纯钛试样在3.5%的NaCl溶液、5%HCl溶液和10%H2SO4溶液中自腐蚀电位提高了400~800mv,维钝电流密度从0.1~0.01mA/cm2降低为0.01mA/cm2,表明渗碳试样的耐蚀性能得到提高。4.室温条件下,在不同浓度的HCl和H2SO4腐蚀溶液浸泡实验数据结果表明,纯钛经过无氢渗碳处理后在还原性酸中的耐蚀性能大幅提高,当HCl腐蚀溶液浓度小于20%时,渗碳试样的腐蚀速率小于0.0062mm/a,较纯钛试样的腐蚀速率(3.6957mm/a)降低了约590倍。当H2SO4溶液浓度小于60%时,渗碳试样的腐蚀速率小于0.0020mm/a,较纯钛试样的腐蚀速率(0.6859mm/a)降低了约340倍。5.经过无氢渗碳处理,纯钛在HC1和H2SO4溶液中的耐蚀性能提高的同时表面硬度也得到提高。
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全文目录
摘要 5-7 Abstract 7-12 第一章 绪论 12-26 1.1 耐蚀钛合金 12-16 1.1.1 耐蚀钛合金的发展 12-13 1.1.2 耐蚀钛合金的分类 13-14 1.1.3 新型耐蚀钛合金 14-15 1.1.4 耐蚀钛合金的应用 15-16 1.2 钛合金的氢脆现象 16-18 1.2.1 金属的氢脆现象 16 1.2.2 金属氢脆的理论基础 16-17 1.2.3 氢在金属中的存在状态 17 1.2.4 钛合金的氢脆 17-18 1.3 渗碳技术 18-19 1.4 双层辉光等离子冶金技术 19-21 1.4.1 双层辉光等离子冶金技术原理 19-20 1.4.2 双层辉光等离子冶金技术的特点 20-21 1.4.3 双层辉光等离子冶金技术的应用 21 1.5 双层辉光等离子冶金技术的发展 21-22 1.6 课题的背景及提出 22-26 1.6.1 课题的背景 22-23 1.6.2 课题的提出 23-24 1.6.3 课题的主要研究内容 24-26 第二章 实验方法及实验工艺 26-34 2.1 实验材料及设备 26-27 2.1.1 实验材料 26 2.1.2 实验设备 26-27 2.2 试验工艺参数的确定 27-31 2.2.1 源极电压 27-28 2.2.2 工件极电压 28 2.2.3 工作气压 28-29 2.2.4 渗碳温度 29 2.2.5 渗碳时间 29-30 2.2.6 极间距 30-31 2.2.7 工艺参数的确定 31 2.3 渗碳实验步骤及过程 31-32 2.4 渗碳后试样性能分析 32 2.4.1 试样SEM分析 32 2.4.2 试样EDS分析 32 2.4.3 试样XRD相组成分析 32 2.4.4 试样显微硬度分析 32 2.5 耐还原性酸溶液腐蚀性能分析 32-33 2.6 电化学曲线测定 33 2.7 本章小结 33-34 第三章 实验结果分析与讨论 34-44 3.1 实验结果分析 34 3.1.1 试样分组 34 3.1.2 实验仪器及检测方法 34 3.2 试样硬度分析 34-37 3.3 渗碳后试样SEM分析 37-39 3.3.1 表面形貌 37-38 3.3.2 断面SEM形貌及组织 38-39 3.4 渗碳后试样断面EDS分析 39 3.5 渗碳后试样组织分析 39-41 3.6 渗碳后试样表面XRD物相分析 41-42 3.7 本章小结 42-44 第四章 无氢渗碳层电化学腐蚀性能 44-52 4.1 金属的腐蚀 44 4.2 电化学腐蚀 44-51 4.2.1 实验装置 44 4.2.2 实验条件 44-45 4.2.3 开路电位(自腐蚀电位) 45-47 4.2.4 极化曲线 47-48 4.2.5 极化曲线的测定 48-51 4.3 本章小结 51-52 第五章 无氢渗碳层耐腐蚀性能 52-68 5.1 钛的均匀腐蚀 52 5.2 无氢渗碳层的均匀腐蚀 52-53 5.2.1 试样的制备与分组 52-53 5.2.2 腐蚀溶液的配制与分组 53 5.3 钛与酸溶液反应 53-54 5.4 均匀腐蚀结果分析 54-59 5.4.1 材料的腐蚀速率 54-55 5.4.2 试样腐蚀速率 55-59 5.5 试样腐蚀后表面形貌 59-63 5.6 试样腐蚀后表面XRD分析 63-65 5.7 本章小结 65-68 第六章 结论 68-70 参考文献 70-74 致谢 74
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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 各种金属及合金的腐蚀、防腐与表面处理
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