本文關(guān)鍵詞：熔鹽脈沖電解法鈦表面制備滲硼層的研究

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【摘要】：采用熔鹽脈沖電解法在鈦表面制備滲硼層,利用單因素法研究電解溫度、電解時(shí)間、電流密度以及占空比等工藝參數(shù)對滲層成分、厚度、組織、物相等的影響規(guī)律,考察滲硼對硬度和耐腐蝕性能的影響;通過熱力學(xué)計(jì)算,對熔鹽脈沖電解滲硼過程中可能發(fā)生的反應(yīng)及生成產(chǎn)物進(jìn)行分析;同時(shí),從動力學(xué)角度,對硼在鈦中的擴(kuò)散行為進(jìn)行研究,計(jì)算出熔鹽脈沖電解條件下硼在純鈦中的擴(kuò)散系數(shù)以及擴(kuò)散激活能。研究結(jié)果表明:1)電解溫度越高,電解時(shí)間越長,對應(yīng)的沉積速率越大,制備的鈦硼化物滲層越厚,晶粒也越大;時(shí)間過長后滲層開始出現(xiàn)裂紋;電解溫度較低(800℃和840℃)、時(shí)間較短(60min)時(shí)形成的晶粒細(xì)小、致密且平整,滲硼效果較好。占空比越小,沉積速率越大,但對滲層厚度影響不大。電流密度為60 m A/cm2時(shí),所得滲硼層晶粒較為細(xì)小、無裂紋。不同工藝條件下所得滲硼層的組成相均含有Ti B、Ti B2,并且Ti B在(111)晶面具有擇優(yōu)取向。2)滲硼使得鈦基體的硬度和耐蝕性均得到提升:表面顯微硬度相對于基體提高了約6倍,最高可達(dá)2259.3HV0.05;開路電位(OCP)、電化學(xué)交流阻抗(EIS)和動電位極化曲線等電化學(xué)方法的測試數(shù)據(jù)均表明試樣經(jīng)滲硼處理其耐腐蝕性得到了顯著提高。3)經(jīng)熱力學(xué)分析得出滲硼過程中的三個(gè)反應(yīng)Ti+B=Ti B、Ti+2B=Ti B2、Ti B+B=Ti B2的吉布斯自由能(ΔG)均為負(fù),說明反應(yīng)均能發(fā)生,驗(yàn)證了鈦表面滲硼層的主要組成相為Ti B和Ti B2。通過動力學(xué)計(jì)算得到不同溫度下硼在鈦基體中的擴(kuò)散系數(shù)分別為K800=2.63×10-15m2/s,K840=4.45×10-15m2/s,K880=6.26×10-15m2/s,根據(jù)Arrhenius方程擬合得出硼在鈦中的擴(kuò)散激活能Q約為111KJ/mol。
【關(guān)鍵詞】：鈦 熔鹽脈沖電解 滲硼 熱力學(xué) 動力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：華北理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 第1章 文獻(xiàn)綜述10-21
• 1.1 鈦的性質(zhì)及應(yīng)用10-13
• 1.1.1 鈦的性質(zhì)10
• 1.1.2 鈦的用途10-12
• 1.1.3 鈦的應(yīng)用缺陷12-13
• 1.2 鈦的表面改性技術(shù)13-17
• 1.2.1 熱擴(kuò)散法13
• 1.2.2 激光熔覆法13-14
• 1.2.3 氣相沉積法14-16
• 1.2.4 微弧氧化法16
• 1.2.5 熱噴涂法16-17
• 1.3 鈦表面熔鹽脈沖電解滲硼技術(shù)17-20
• 1.3.1 鈦表面滲硼技術(shù)17-18
• 1.3.2 熔鹽脈沖電解滲硼技術(shù)18-20
• 1.4 課題思路和內(nèi)容20-21
• 1.4.1 課題研究思路20
• 1.4.2 課題研究內(nèi)容20-21
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料與方法21-26
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料21
• 2.1.1 基體材料21
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法21-24
• 2.2.1 材料預(yù)處理21-22
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置22
• 2.2.3 技術(shù)路線22-23
• 2.2.4 電解實(shí)驗(yàn)23-24
• 2.3 實(shí)驗(yàn)檢測儀器及檢測方法24-26
• 2.3.1 試樣成分、厚度分析24
• 2.3.2 試樣表面形貌觀察24
• 2.3.3 試樣物相檢測24
• 2.3.4 試樣顯微硬度檢測24-25
• 2.3.5 試樣耐腐蝕性能檢測25-26
• 第3章 鈦表面熔鹽脈沖電解滲硼的工藝研究26-43
• 3.1 電解溫度對熔鹽電解滲硼層的影響26-29
• 3.1.1 電解溫度對沉積速率的影響26-27
• 3.1.2 溫度對滲硼層成分、厚度的影響27-28
• 3.1.3 電解溫度對滲硼層表面形貌的影響28
• 3.1.4 電解溫度對滲硼層相結(jié)構(gòu)的影響28-29
• 3.2 時(shí)間對熔鹽電解滲硼層的影響29-33
• 3.2.1 電解時(shí)間對沉積速率的影響29-30
• 3.2.2 電解時(shí)間對滲硼層成分、厚度的影響30-31
• 3.2.3 電解時(shí)間對滲硼層表面形貌的影響31-32
• 3.2.4 電解時(shí)間對滲硼層相結(jié)構(gòu)的影響32-33
• 3.3 電流密度對熔鹽電解滲硼層的影響33-37
• 3.3.1 電流密度對沉積速率的影響33-34
• 3.3.2 電流密度對滲硼層成分、厚度的影響34
• 3.3.3 電流密度對滲硼層表面形貌的影響34-36
• 3.3.4 電流密度對滲硼層相結(jié)構(gòu)的影響36-37
• 3.4 占空比對熔鹽電解滲硼層的影響37-41
• 3.4.1 占空比對沉積速率的影響37-38
• 3.4.2 占空比對滲硼層成分、厚度的影響38-39
• 3.4.3 占空比對滲硼層表面形貌的影響39-40
• 3.4.4 占空比對滲硼層相結(jié)構(gòu)的影響40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 第4章 鈦表面制備滲硼層的性能研究43-52
• 4.1 滲硼層顯微硬度43-44
• 4.1.1 表面顯微硬度43-44
• 4.1.2 梯度顯微硬度44
• 4.2 滲硼層的耐腐蝕性能44-50
• 4.2.1 開路電位（OCP）45-46
• 4.2.2 交流阻抗（EIS）46-47
• 4.2.3 極化曲線（Tafel）47-49
• 4.2.4 極化腐蝕后的形貌49-50
• 4.3 本章小結(jié)50-52
• 第5章 鈦表面熔鹽脈沖電解滲硼的熱力學(xué)和動力學(xué)分析52-57
• 5.1 滲硼的熱力學(xué)分析52-53
• 5.2 滲硼的動力學(xué)分析53-56
• 5.3 本章小結(jié)56-57
• 結(jié)論57-59
• 參考文獻(xiàn)59-65
• 致謝65-66
• 導(dǎo)師簡介66-67
• 作者簡介67-68
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集68

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本文編號：679375