本文關(guān)鍵詞：金屬鈦熔鹽電解法滲硼的研究

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【摘要】：隨著新技術(shù)研發(fā)和節(jié)能減排的實(shí)施,金屬鈦?zhàn)鳛橐环N重要的新型結(jié)構(gòu)材料,逐漸成為新世紀(jì)的 第三金屬‖。但是鈦的硬度低、耐磨性能較差,限制了其在相關(guān)行業(yè)中的應(yīng)用。由于Ti與B反應(yīng)形成的Ti B2具有高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度等一系列優(yōu)點(diǎn),滲硼技術(shù)成為提高鈦及鈦合金表面硬度及耐磨性的較經(jīng)濟(jì)而有效的手段之一,也是近年來金屬表面工程技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。本文采用熔鹽電解法對金屬鈦進(jìn)行表面滲硼,研究了相關(guān)的工藝參數(shù)和機(jī)理。首先,選用重量比為8:2的無水硼砂和碳酸鈉的混合鹽進(jìn)行熔鹽電解滲硼實(shí)驗(yàn)。采用掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)對滲硼試樣的斷面形貌及元素進(jìn)行分析;采用X射線衍射儀(XRD)對滲硼試樣表面及冷卻后的熔鹽進(jìn)行物相分析;借助于顯微硬度計(jì)測量滲層硬度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)電流密度為3000A/m2、溫度為910℃、保溫2h可得到雙相硼化物Ti B2和Ti B滲層。試樣外表層形成Ti B2,內(nèi)表層形成Ti B;在此條件下獲得的滲層厚度為36um,其中Ti B2的厚度約為9um;滲硼后試樣硬度值是基體鈦的3~4倍,明顯提高了材料的表面硬度,達(dá)到表面改性的基本目的;分析了電流密度、滲硼時(shí)間及溫度對滲層形貌及厚度的影響。其次,針對滲硼時(shí)出現(xiàn)的TiB2滲層較為疏松的情況,通過在熔鹽中添加稀土以增加滲層的致密性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:添加稀土的熔鹽組成為80%Na2B4O7:16%Na2CO3:4%Ce O2時(shí),所得滲硼組織均勻致密、結(jié)構(gòu)完整。對滲硼過程中鈦和硼化物的氧化反應(yīng)及相關(guān)的滲硼反應(yīng)進(jìn)行了熱力學(xué)計(jì)算,結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果對滲硼機(jī)理進(jìn)行了分析與推測。在惰性氣氛保護(hù)下,滲硼時(shí)先在金屬鈦表面形成了Ti B2,Ti B2與基體內(nèi)的Ti反應(yīng)生成Ti B;同時(shí)新生成的B原子擴(kuò)散通過Ti B2,然后擴(kuò)散至Ti B晶體表面與Ti反應(yīng)得到Ti B,晶須狀的Ti B與基體組織緊密結(jié)合。對滲硼過程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,得出反應(yīng)常數(shù)與滲層溫度的關(guān)系為Log10D=-1.95-4572/T。
【關(guān)鍵詞】：熔鹽電解法 滲硼 工藝參數(shù) 熱力學(xué) 動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-25
• 1.1 金屬鈦的性質(zhì)及用途9-13
• 1.1.1 金屬鈦的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)9-11
• 1.1.2 金屬鈦的分類11
• 1.1.3 金屬鈦的用途11-13
• 1.2 金屬鈦表面處理技術(shù)13-20
• 1.2.1 金屬鈦的缺點(diǎn)13-14
• 1.2.2 表面改性技術(shù)14-20
• 1.3 熔鹽電解滲硼技術(shù)20-23
• 1.3.1 滲硼技術(shù)的發(fā)展歷程20
• 1.3.2 熔鹽電解法滲硼20-22
• 1.3.3 熔鹽的組成22-23
• 1.4 研究的目的和意義及主要研究內(nèi)容23-25
• 1.4.1 研究的目的和意義23
• 1.4.2 主要研究內(nèi)容23-25
• 2 實(shí)驗(yàn)材料與方法25-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與規(guī)格25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)所用試劑與儀器設(shè)備25-26
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)所用的主要試劑25-26
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備26
• 2.3 滲硼實(shí)驗(yàn)流程26-29
• 2.3.1 純鈦試樣的預(yù)處理26
• 2.3.2 滲硼實(shí)驗(yàn)26-28
• 2.3.3 滲硼試樣的處理28-29
• 2.4 滲層組織及檢測方法29-31
• 2.4.1 顯微組織觀察和分析29-30
• 2.4.2 滲層硬度的測定30-31
• 3 金屬鈦熔鹽電解法滲硼實(shí)驗(yàn)研究31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 滲硼影響因素的研究31-41
• 3.2.1 溫度對滲層的影響31-34
• 3.2.2 電流密度對滲層的影響34-39
• 3.2.3 時(shí)間對滲層的影響39-41
• 3.3 滲層的性能檢測41-42
• 3.3.1 滲層顯微硬度41-42
• 3.4 小結(jié)42-43
• 4 金屬鈦熔鹽電解法的稀土-硼共滲實(shí)驗(yàn)43-49
• 4.1 引言43
• 4.2 稀土-硼共滲實(shí)驗(yàn)43-46
• 4.3 稀土-硼共滲和滲硼組織形貌對比46-48
• 4.4 小結(jié)48-49
• 5 金屬鈦滲硼實(shí)驗(yàn)的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析49-63
• 5.1 引言49
• 5.2 鈦的氧化分析49-50
• 5.3 硼化鈦的氧化分析50-52
• 5.4 滲層熱力學(xué)計(jì)算52-55
• 5.4.1 Ti-B二元相圖52
• 5.4.2 Ti-B系反應(yīng)機(jī)理52-55
• 5.5 滲層的動(dòng)力學(xué)分析55-61
• 5.5.1 Ti-B系擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)計(jì)算55-57
• 5.5.2 滲硼過程的動(dòng)力學(xué)57-61
• 5.6 小結(jié)61-63
• 6 結(jié)論及展望63-65
• 6.1 結(jié)論63
• 6.2 展望63-65
• 致謝65-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文73

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本文編號：949789