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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。

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

钛表面无氢渗碳层耐腐蚀性能研究

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