稀土对工业纯钛电解渗硼的影响研究.doc

目录 目录 - 1 - 摘要 - 2 - 关键词 - 2 - 1前言 - 2 - 2实验 - 3 - 2.1试剂与仪器 - 3 - 2.1.1材料与试剂 - 3 - 2.1.2实验仪器 - 4 - 2.2材料的制备 - 4 - 2.2.1材料预处理 - 4 - 2.2.2渗硼过程 - 4 - 2.2.3材料表征 - 5 - 3 结果与讨论 - 7 - 3.1 样品的表面XRD物相分析 - 7 - 3.2 样品横截面SEM的形貌分析 - 8 - 3.4 稀土对渗层显微硬度的影响 - 10 - 3.5 稀土对渗硼层脆性的影响 - 10 - 3.6渗层的耐腐蚀性能的研究 - 11 - 4 结论 - 14 - 5 参考文献 - 15 - 6 致谢 - 18 - Abstract - 19 - Key Words - 19 - 稀土对工业纯钛电解渗硼的影响研究 应用化学 201010901123 陈允升 指导老师：黄有国 摘要 本次研究运用电解渗硼技术调整工业纯钛表面的结构以改善其表面性能。在950℃保温8h条件下，采用氩气保护性气氛的熔盐电解法对工业纯钛分别进行了加稀土渗硼、未加稀土渗硼表面改性处理。通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射分析(XRD)研究加稀土渗硼后的组织形貌和物相组成,讨论了稀土对工业纯钛渗硼层相组成、硬度及脆性的影响。SEM结果表明,渗层由外表层的TiB2和伸向基体的齿状的TiB晶须组成，添加适量稀土有利于TiB晶须形成。XRD分析表明,加稀土渗硼后形成TiB2与TiB双相硼化钛化合物层,稀土的加入使得TiB相的含量增大。实验结果分析表明,加稀土渗硼渗层的组织、显微硬度、脆性、耐磨性比未加稀土渗硼明显改善。Tafel极化曲线分析结果表明，在3.5wt% NaCl溶液介质中，不同工业纯钛的耐腐蚀性大小排序为未加稀土渗硼工业纯钛＞加稀土渗硼工业纯钛＞未经渗硼处理的工业纯钛。 关键词 稀土渗硼；电解渗硼；渗层组织；显微硬度；耐腐蚀性 1前言 钛及其合金被广泛用于航空航天，生物医学，化学和某些摩擦学应用，主要是因为它们的金属密度小，比强度高，无磁性，韧性好，具有优良的生物相容性。钛及钛合金本身也有耐腐蚀，抗氧化、侵蚀的性能，因此它们的性能优势明显超过其他大多数工程合金或苛刻的工业应用的各种材料[1-2]。然而，这些优异的性能并没有转化为良好摩擦学性能。因为在相关的文献中已经有据可查[3-4]，钛及其合金遭受高摩擦，耐磨性差性，易被磨伤、磨损。在过去一直做了大量的研究来解决这些问题，通过表面修饰技术，如微弧氧化[5]，氮化[6]，表面渗硼 [7-8]处理。其中表面渗硼处理是使活性硼原子渗入到金属表面, 形成一系列的硼化物层,实现改善金属表面性质的一种表面改性方法[9]。由相关文献[10-12]可知，渗硼处理能够明显地增加45钢的硬度。渗硼处理被认为是最合适的金属表面改性方法，是用于获得较好的强度，硬度和高的抗磨损和抗擦伤的表面改性的方法。 一般情况下，渗硼是一种表面热扩散处理过程，活性硼原子扩散到金属表面，在工件表面形成一系列硼化物的过程。渗硼的常规过程包括固体，，。, 增加渗硼层的深度, 改善渗层组织, 降低渗层的脆性,提高渗硼层的硬度。稀土渗硼已经成功地应用于不锈钢、工具钢、碳钢、45钢等钢铁材料表面[35-36],但对钢铁材料以外的金属材料进行稀土渗硼处理的报道还很少。 本文采用熔盐电解渗硼法对工业纯钛进行稀土渗硼，研究稀土对渗硼层的组织和性能的影响。为了研究稀土对渗硼的影响作用,将不加稀土渗硼工业纯钛与稀土渗硼工业纯钛进行比较。 2实验 2.1试剂与仪器 2.1.1材料与试剂 实验所用的基体材料钛级别为工业纯钛( 杂质含量为≤0.3% Fe，≤0.15% Si，≤0.1% C，≤0.05% N，≤02%O，≤0.02% H) Na2B4O7(分析纯, U.S.Borax Inc.)，B4C(240#，牡丹江前进碳化硼有限公司),K2CO3(分析纯，西陇化工股份有限公司)，La2O3(纯度98%)，丙酮（分析纯，西陇化工股份有限公司）, NaCl(分析纯，西陇化工股份有限公司),气氛氩气（99.99%，成都市科隆化工试剂厂）,各种型号的金相砂纸（主要成分SiC，莱州市蔚仪试验器械制造有限公司）。 2.1.2实验仪器 表2.1 主要设备的名称、型号和产地 设备名称 型号 产地 X-射线衍射仪 RigakuD/max2500v/pc 日本理学公司 FEI Quanta 200FEG 荷兰FEI公司 数显显微维氏硬度计 NKV-1 苏州南光电子科技有限公司 超声波清洗仪 KQ5200 昆仑市超声波仪器有限公司 坩埚电阻炉 SG2-3-10 中国上海实验电炉厂 直流电源 WYK-6002 扬州东方集团公司