熔盐脉冲电解法钛表面制备渗硼层的研究

发布时间：2017-08-15 17:20

  本文关键词：熔盐脉冲电解法钛表面制备渗硼层的研究

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【摘要】：采用熔盐脉冲电解法在钛表面制备渗硼层,利用单因素法研究电解温度、电解时间、电流密度以及占空比等工艺参数对渗层成分、厚度、组织、物相等的影响规律,考察渗硼对硬度和耐腐蚀性能的影响;通过热力学计算,对熔盐脉冲电解渗硼过程中可能发生的反应及生成产物进行分析;同时,从动力学角度,对硼在钛中的扩散行为进行研究,计算出熔盐脉冲电解条件下硼在纯钛中的扩散系数以及扩散激活能。研究结果表明:1)电解温度越高,电解时间越长,对应的沉积速率越大,制备的钛硼化物渗层越厚,晶粒也越大;时间过长后渗层开始出现裂纹;电解温度较低(800℃和840℃)、时间较短(60min)时形成的晶粒细小、致密且平整,渗硼效果较好。占空比越小,沉积速率越大,但对渗层厚度影响不大。电流密度为60 m A/cm2时,所得渗硼层晶粒较为细小、无裂纹。不同工艺条件下所得渗硼层的组成相均含有Ti B、Ti B2,并且Ti B在(111)晶面具有择优取向。2)渗硼使得钛基体的硬度和耐蚀性均得到提升:表面显微硬度相对于基体提高了约6倍,最高可达2259.3HV0.05;开路电位(OCP)、电化学交流阻抗(EIS)和动电位极化曲线等电化学方法的测试数据均表明试样经渗硼处理其耐腐蚀性得到了显著提高。3)经热力学分析得出渗硼过程中的三个反应Ti+B=Ti B、Ti+2B=Ti B2、Ti B+B=Ti B2的吉布斯自由能(ΔG)均为负,说明反应均能发生,验证了钛表面渗硼层的主要组成相为Ti B和Ti B2。通过动力学计算得到不同温度下硼在钛基体中的扩散系数分别为K800=2.63×10-15m2/s,K840=4.45×10-15m2/s,K880=6.26×10-15m2/s,根据Arrhenius方程拟合得出硼在钛中的扩散激活能Q约为111KJ/mol。
【关键词】：钛 熔盐脉冲电解 渗硼 热力学 动力学
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 第1章 文献综述10-21
• 1.1 钛的性质及应用10-13
• 1.1.1 钛的性质10
• 1.1.2 钛的用途10-12
• 1.1.3 钛的应用缺陷12-13
• 1.2 钛的表面改性技术13-17
• 1.2.1 热扩散法13
• 1.2.2 激光熔覆法13-14
• 1.2.3 气相沉积法14-16
• 1.2.4 微弧氧化法16
• 1.2.5 热喷涂法16-17
• 1.3 钛表面熔盐脉冲电解渗硼技术17-20
• 1.3.1 钛表面渗硼技术17-18
• 1.3.2 熔盐脉冲电解渗硼技术18-20
• 1.4 课题思路和内容20-21
• 1.4.1 课题研究思路20
• 1.4.2 课题研究内容20-21
• 第2章 实验材料与方法21-26
• 2.1 实验材料21
• 2.1.1 基体材料21
• 2.1.2 实验试剂21
• 2.2 实验方法21-24
• 2.2.1 材料预处理21-22
• 2.2.2 实验装置22
• 2.2.3 技术路线22-23
• 2.2.4 电解实验23-24
• 2.3 实验检测仪器及检测方法24-26
• 2.3.1 试样成分、厚度分析24
• 2.3.2 试样表面形貌观察24
• 2.3.3 试样物相检测24
• 2.3.4 试样显微硬度检测24-25
• 2.3.5 试样耐腐蚀性能检测25-26
• 第3章 钛表面熔盐脉冲电解渗硼的工艺研究26-43
• 3.1 电解温度对熔盐电解渗硼层的影响26-29
• 3.1.1 电解温度对沉积速率的影响26-27
• 3.1.2 温度对渗硼层成分、厚度的影响27-28
• 3.1.3 电解温度对渗硼层表面形貌的影响28
• 3.1.4 电解温度对渗硼层相结构的影响28-29
• 3.2 时间对熔盐电解渗硼层的影响29-33
• 3.2.1 电解时间对沉积速率的影响29-30
• 3.2.2 电解时间对渗硼层成分、厚度的影响30-31
• 3.2.3 电解时间对渗硼层表面形貌的影响31-32
• 3.2.4 电解时间对渗硼层相结构的影响32-33
• 3.3 电流密度对熔盐电解渗硼层的影响33-37
• 3.3.1 电流密度对沉积速率的影响33-34
• 3.3.2 电流密度对渗硼层成分、厚度的影响34
• 3.3.3 电流密度对渗硼层表面形貌的影响34-36
• 3.3.4 电流密度对渗硼层相结构的影响36-37
• 3.4 占空比对熔盐电解渗硼层的影响37-41
• 3.4.1 占空比对沉积速率的影响37-38
• 3.4.2 占空比对渗硼层成分、厚度的影响38-39
• 3.4.3 占空比对渗硼层表面形貌的影响39-40
• 3.4.4 占空比对渗硼层相结构的影响40-41
• 3.5 本章小结41-43
• 第4章 钛表面制备渗硼层的性能研究43-52
• 4.1 渗硼层显微硬度43-44
• 4.1.1 表面显微硬度43-44
• 4.1.2 梯度显微硬度44
• 4.2 渗硼层的耐腐蚀性能44-50
• 4.2.1 开路电位（OCP）45-46
• 4.2.2 交流阻抗（EIS）46-47
• 4.2.3 极化曲线（Tafel）47-49
• 4.2.4 极化腐蚀后的形貌49-50
• 4.3 本章小结50-52
• 第5章 钛表面熔盐脉冲电解渗硼的热力学和动力学分析52-57
• 5.1 渗硼的热力学分析52-53
• 5.2 渗硼的动力学分析53-56
• 5.3 本章小结56-57
• 结论57-59
• 参考文献59-65
• 致谢65-66
• 导师简介66-67
• 作者简介67-68
• 学位论文数据集68

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本文编号：679375