稀土对工业纯钛电解渗硼的影响研究

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1、目录翻-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样品的表而XKD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宂-11-4-13-5参考文献-14-6至文谢-17-Abstract-18-KeyWords-18-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

2、本次研宂运用电解滲硼技术调整工业纯钛表而的结构以改善其表而性能。在950°C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，加稀土滲硼后形成TiB2与TiB双相硼化钦化合物层，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

3、硼明显改善。Tafel极化曲线分析结果表明，在3.5wt%NaCl洛液介质中，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i司稀上渗硼；电解渗硼；渗层组织；显微硬度；耐腐蚀性1刖目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己经有据可查［3_4］，钦及其

4、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

5、6表面渗硼+81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，实现改善金属表而性质的一种表而改性方法［9］。由相关文献［1°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，滲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阎体粉末法113_15］，熔盐浸渍法［16育

6、剂渗硼［17］和熔盐电解法［18］。其中固体粉末渗硼技术需要很长的处理时间，会产生巨大的固体废物和气体排放量，这使得固体渗硼的方法在经济和环保方面非常昂贵，阻碍Y它的广泛应用［19］。熔盐电解渗硼消除固体或气体的废物量或排放量的来源，也就是说，没有有毒原料和无有害副产品硼化工序过程中产生的。钛的硼化物是一种具有很好导热性、硬度高、电阻低等优良特性的复合陶瓷材料120］。进行渗硼处理使钛及其合金的表面形成一系列硼化物是一种非常有效改善钛及其合金的耐磨性、提高硬度等表面性能的手段［2U。在单一渗硼（普通渗硼剂不加任何其他物质）存在渗硼层薄，渗硼速度慢，脆性大，渗硼层硬度梯度太陡等问题&23］。据相

7、关文献％281介绍，在渗硼剂屮添加适量稀土是解决此问题的有效途径。稀土元素的电子排布的4f轨道没有充满，对许多化学反应有催化作用。在渗硼剂中加入稀土，能够促进渗硼剂的分解产生更多的活性性硼原子，进而加快渗硼的速率。稀土原子的电负性小，具有较强的还原性，易于破坏金属表面的的氧化物，从而活化和浄化了金属表而，有利于对活性硼原子的吸附［29］。稀土渗硼工艺，是指将工件置于含有稀土氧化物的渗硼剂屮加热、保温一段时间，通过稀土元素的催渗作用，促使更多活性硼原子滲入工件的表层，形成一系列硼化物，以改变工件表面的物相组成，从而改善其表面性能。研究表明在钢铁的渗硼剂中加入适量稀土能显著提高渗硼速率，增加渗硼层

8、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、碳倒、45钢等钢铁材料表而［3536］，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钦进行稀土渗硼，研究稀上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钦进行比较。2实验2.1试剂与仪器2.1.1材料与试剂实验