热扩散过程对Cu/Ni/Ti界面结构及耐蚀性能的影响
发布时间：2021-11-01 01:18
钛及钛合金因其密度小、比强度高、良好的热稳定性及生物相容性等性能作为功能和结构材料被普遍的应用于诸多领域。但是,由于钛合金导热率低、耐磨性差、表面易粘结等缺陷,限制了钛及钛合金的应用,特别是在石油化工管道运输中。目前,油管接箍TC4钛合金的螺纹表面常采用Cu/Ni镀层来改善其耐磨和抗粘扣性能。对于Cu/Ni/Ti结构进行热扩散处理,利用原子扩散行为使Cu/Ni镀层与TC4基体界面产生冶金结合,从而改善镀层内应力的产生并提高镀层与基体之间的结合力。本文主要研究Cu/Ni/Ti结构在热扩散过程中不同温度和保温时间对Cu/Ni和Ni/Ti界面的原子扩散行为及其对界面显微硬度和表面耐蚀性的影响。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及能谱分析仪等方法,基于菲克定律和Arrhenius方程建立了界面扩散模型,研究了热扩散过程不同温度和保温时间下Cu/Ni/Ti结构中的Cu/Ni和Ni/Ti界面的元素扩散行为,并计算了Cu/Ni和Ni/Ti界面的扩散系数和扩散激活能。此外,采用显微硬度仪和电化学工作站分别研究了Cu、Ni、Ti元素的扩散行为及对试样界面显微硬度和表面耐蚀性能的影响。结果表明:随着热扩散温...
【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
热喷涂技术涂层形成机理
电源正极接铜板，接通直流电源后，阳极处发生反应使得金属铜以离子状态进入镀液，并向阴极不断迁移，在基材处获得电子发生还原反应逐渐形成金属铜镀层，如图1.2所示。Tao等人[22]研究了电沉积Cu/CNT/Cu复合镀层的微观结构和导电性，发现了在电沉积过程中Cu离子能够嵌入碳纳米管（CNT）薄膜的孔隙中并且随着碳纳米管一起长大，在CNT薄膜与Cu层中间形成一个中间过渡层；退火前，在BAPB电解槽中形成层状结构的最高导电性为1.70×105S/cm；在900℃退火处理2h后，Cu/CNT/Cu复合镀层的导电性迅速增加到2.02×105S/cm。在静态和超声状态下Ni含量固定使得Cu：Ni的摩尔比分别为1：10、1：15、1：20的条件下，通过电沉积技术制备了Cu/Ni薄膜[23]。其中，电化学腐蚀研究显示Cu/Ni薄膜在静态条件下比在超声波条件下的腐蚀防护行为较好；能量色散谱（EDS）显示Cu/Ni镀层的形态和成分强烈的依赖于浓度和超声波辐照，分析表明在静止状态下镀层中富含Ni
图 2.1 Cu/Ni/Ti 结构在热扩散 700℃，3h 后的宏观照片（a）和微观金相组织（b）Figure 2.1 Macro photographs (a) and microstructure (b) of Cu/Ni/Ti after thermal diffusion at 700℃for 3h图 2.2 OTF-1200X 开启式真空管式炉实验装置示意图Figure 2.2 Schematic diagram of OTF-1200X vacuum tube furnace equipment
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面工程技术在石油石化管道中的应用及展望[J]. 童辉,韩文礼,张彦军,林竹,魏世丞,徐滨士. 表面技术. 2017(03)
[2]退火处理对Al/ZE42/Al复合板界面组织和腐蚀行为的影响[J]. 刘悦,王忠军,金辉,周乐. 稀有金属材料与工程. 2016(06)
[3]Impulse pressuring diffusion bonding of titanium to 304 stainless steel using pure Ni interlayer[J]. Fang-Li Wang,Guang-Min Sheng,Yong-Qiang Deng. Rare Metals. 2016(04)
[4]电场激活Ti/Ni扩散偶连接界面相变规律与力学性能的研究[J]. 董凤,陈少平,樊文浩,胡利方,孟庆森. 稀有金属材料与工程. 2015(02)
[5]Cu/Ti在模拟海水中的电偶腐蚀行为（英文）[J]. 杜小青,杨青松,陈宇,杨洋,张昭. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(02)
[6]热喷涂技术的研究进展及思考[J]. 国洪建,贾均红,张振宇,梁补女,林小军. 材料导报. 2013(03)
[7]TC4钛合金铜镀层的性能[J]. 沈志超,谢发勤,吴向清,姚小飞. 中国表面工程. 2012(05)
[8]温度对TC4钛合金磨损性能和摩擦系数的影响[J]. 姚小飞,谢发勤,韩勇,赵国仙,吴向清. 稀有金属材料与工程. 2012(08)
[9]电镀层内应力的产生和消除方法[J]. 满红娜. 电镀与环保. 2009(03)
[10]钛及钛合金的电镀工艺述评[J]. 孙志华,刘佑厚,张晓云,汤智慧,刘明辉. 腐蚀与防护. 2005(11)
本文编号：3469240
【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
热喷涂技术涂层形成机理
电源正极接铜板，接通直流电源后，阳极处发生反应使得金属铜以离子状态进入镀液，并向阴极不断迁移，在基材处获得电子发生还原反应逐渐形成金属铜镀层，如图1.2所示。Tao等人[22]研究了电沉积Cu/CNT/Cu复合镀层的微观结构和导电性，发现了在电沉积过程中Cu离子能够嵌入碳纳米管（CNT）薄膜的孔隙中并且随着碳纳米管一起长大，在CNT薄膜与Cu层中间形成一个中间过渡层；退火前，在BAPB电解槽中形成层状结构的最高导电性为1.70×105S/cm；在900℃退火处理2h后，Cu/CNT/Cu复合镀层的导电性迅速增加到2.02×105S/cm。在静态和超声状态下Ni含量固定使得Cu：Ni的摩尔比分别为1：10、1：15、1：20的条件下，通过电沉积技术制备了Cu/Ni薄膜[23]。其中，电化学腐蚀研究显示Cu/Ni薄膜在静态条件下比在超声波条件下的腐蚀防护行为较好；能量色散谱（EDS）显示Cu/Ni镀层的形态和成分强烈的依赖于浓度和超声波辐照，分析表明在静止状态下镀层中富含Ni
图 2.1 Cu/Ni/Ti 结构在热扩散 700℃，3h 后的宏观照片（a）和微观金相组织（b）Figure 2.1 Macro photographs (a) and microstructure (b) of Cu/Ni/Ti after thermal diffusion at 700℃for 3h图 2.2 OTF-1200X 开启式真空管式炉实验装置示意图Figure 2.2 Schematic diagram of OTF-1200X vacuum tube furnace equipment
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面工程技术在石油石化管道中的应用及展望[J]. 童辉,韩文礼,张彦军,林竹,魏世丞,徐滨士. 表面技术. 2017(03)
[2]退火处理对Al/ZE42/Al复合板界面组织和腐蚀行为的影响[J]. 刘悦,王忠军,金辉,周乐. 稀有金属材料与工程. 2016(06)
[3]Impulse pressuring diffusion bonding of titanium to 304 stainless steel using pure Ni interlayer[J]. Fang-Li Wang,Guang-Min Sheng,Yong-Qiang Deng. Rare Metals. 2016(04)
[4]电场激活Ti/Ni扩散偶连接界面相变规律与力学性能的研究[J]. 董凤,陈少平,樊文浩,胡利方,孟庆森. 稀有金属材料与工程. 2015(02)
[5]Cu/Ti在模拟海水中的电偶腐蚀行为（英文）[J]. 杜小青,杨青松,陈宇,杨洋,张昭. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(02)
[6]热喷涂技术的研究进展及思考[J]. 国洪建,贾均红,张振宇,梁补女,林小军. 材料导报. 2013(03)
[7]TC4钛合金铜镀层的性能[J]. 沈志超,谢发勤,吴向清,姚小飞. 中国表面工程. 2012(05)
[8]温度对TC4钛合金磨损性能和摩擦系数的影响[J]. 姚小飞,谢发勤,韩勇,赵国仙,吴向清. 稀有金属材料与工程. 2012(08)
[9]电镀层内应力的产生和消除方法[J]. 满红娜. 电镀与环保. 2009(03)
[10]钛及钛合金的电镀工艺述评[J]. 孙志华,刘佑厚,张晓云,汤智慧,刘明辉. 腐蚀与防护. 2005(11)
本文编号：3469240
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