钛表面等离子无氢渗碳及其耐腐蚀性能研究

论文摘要

钛的比重小、比强度高、在海水和氧化性介质中耐蚀性能优良,被广泛应用于航空航天、生物医学、石油工业和原子能等高技术领域。然而,钛在热酸性溶液及还原性酸中耐蚀性较差。提高钛在热酸性溶液和还原性酸中耐蚀性方法之一是对基体进行贵金属合金化。以Ti-0.2Pd为例,Ti-0.2Pd合金是一种耐蚀性能优良的钛合金,然而,Ti-0.2Pd合金的高成本限制了它的广泛应用。提高钛在热酸性溶液和还原性酸中耐蚀性的另一种方法是TMET发明的对基体进行碳合金化。然而,合金中过高的碳含量导致其脆性高,严重影响基体的力学性能。本文采用双层辉光等离无氢渗碳技术,‘用高纯石墨作为源极,氩气作为工作气体,在钛表面形成一定厚度的渗碳合金层。以期在不降低基体力学性能的情况下提高其耐蚀性能。本课题主要对无氢渗碳动力学和热力学以及对渗碳后的试样显微结构、组分、相组成和耐腐蚀性能进行研究。得出如下结论：1、渗碳温度和保温时间显著影响渗碳层厚度。渗碳温度越高、保温时间越长,渗碳层厚度越大。碳在钛中的扩散系数与绝对温度之间符合Arrhenius关系式,碳原子在钛基体中扩散活化能为13.6kJ/mole（0.14eV）。2、碳渗入到了基体钛中形成渗碳层。渗碳层由两层组成：表层有明显界面的明显渗碳合金层和内层不明显渗碳层,明显渗碳层厚度随温度升高而增加。渗碳层中碳含量随渗层厚度增加而降低。钛经渗碳处理后的硬度得到了显著提高。3、钛经渗碳处理后,表面的腐蚀电位得到显著提高。在25℃的3.5wt%NaCl水溶液中与80wt%H2SO4的水溶液中具有优异的耐蚀性能。钛经渗碳处理后表面形成的含TiC渗碳层显著改善了其在腐蚀介质中的耐蚀性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 钛及钛合金
• 1.1.1 钛合金及分类特性
• 1.1.2 耐蚀钛合金
• 1.1.3 钛及钛合金的应用
• 1.2 材料的腐蚀
• 1.2.1 材料腐蚀的基本概念
• 1.2.2 材料腐蚀的危害
• 1.2.3 控制腐蚀的方法
• 1.3 材料表面工程技术
• 1.3.1 表面工程技术的分类
• 1.3.2 材料表面工程技术的发展
• 1.4 课题的背景及课题的提出
• 1.5 双层辉光等离子冶金技术
• 1.5.1 双层辉光等离子冶金技术的形成和发展
• 1.5.2 双层辉光等离子冶金技术特点
• 1.6 课题主要研究内容
• 第二章 实验材料及方法
• 2.1 双层辉光等离子冶金技术基本概念及原理
• 2.1.1 气体辉光放电
• 2.1.2 辉光放电的分区现象
• 2.1.3 空心阴极效应
• 2.1.4 双层辉光等离子渗碳技术原理
• 2.2 试验材料、实验设备及实验步骤
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 实验设备
• 2.2.3 等离子无氢气渗碳实验过程
• 2.3 渗碳后性能分析
• 2.3.1 SEM分析
• 2.3.2 EDS成分分析
• 2.3.3 XRD相组成分析
• 2.3.4 显微硬度分析
• 2.4 电化学曲线测试
• 2.4.1 电极电位测量
• 2.4.2 阳极极化曲线测量
• 2.5 浸泡腐蚀试验检测
• 2.6 本章小结
• 第三章 双辉等离子无氢渗碳研究
• 3.1 工件与源极结构
• 3.2 工件与源极结构
• 3.3 渗碳实验初步工艺参数
• 3.4 实验及检测结果分析
• 3.4.1 渗碳后表面形貌、成分及物相分析
• 3.4.2 渗碳后断面硬度分析
• 3.4.3 渗碳后断面形貌及能谱分析
• 3.4.4 不同工艺参数对渗层厚度的影响
• 3.5 碳在钛中的扩散热力学和动力学研究
• 3.6 本章小结
• 第四章 腐蚀性能研究
• 4.1 电化学测试设备
• 4.2 开路电位测量（自腐蚀电极电位）
• 4.3 电化学阳极极化行为分析
• 4.4 耐还原酸腐蚀性能研究
• 4.4.1 试验条件
• 4.4.2 试验结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢