热扩散过程对cu_ni_ti界面结构及耐蚀性能的影响

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1、分类号:TG1710710-2015131004硕士学位论文热扩散过程对Cu/Ni/Ti界面结构及耐蚀性能的影响刘双双导师姓名职称陈永楠教授申请学位类别工学硕士学科专业名称材料学论文提交日期2018年5月1日论文答辩日期2018年5月22日学位授予单位长安大学TheinfluenceofthermaldiffusionontheinterfacestructureandcorrosionresistanceofCu/Ni/TiAThesisSubmittedfortheDegreeofMaste

2、rCandidate：LiuShuangshuangSupervisor：Prof.ChenYongnanChang’anUniversity,Xi’an,China摘要钛及钛合金因其密度小、比强度高、良好的热稳定性及生物相容性等性能作为功能和结构材料被普遍的应用于诸多领域。但是，由于钛合金导热率低、耐磨性差、表面易粘结等缺陷，限制了钛及钛合金的应用，特别是在石油化工管道运输中。目前，油管接箍TC4钛合金的螺纹表面常采用Cu/Ni镀层来改善其耐磨和抗粘扣性能。对于Cu/Ni/Ti结构进行热扩散处

3、理，利用原子扩散行为使Cu/Ni镀层与TC4基体界面产生冶金结合，从而改善镀层内应力的产生并提高镀层与基体之间的结合力。本文主要研究Cu/Ni/Ti结构在热扩散过程中不同温度和保温时间对Cu/Ni和Ni/Ti界面的原子扩散行为及其对界面显微硬度和表面耐蚀性的影响。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及能谱分析仪等方法，基于菲克定律和Arrhenius方程建立了界面扩散模型，研究了热扩散过程不同温度和保温时间下Cu/Ni/Ti结构中的Cu/Ni和Ni/Ti界面的元素扩散行为，并计算了Cu/Ni和Ni/

4、Ti界面的扩散系数和扩散激活能。此外，采用显微硬度仪和电化学工作站分别研究了Cu、Ni、Ti元素的扩散行为及对试样界面显微硬度和表面耐蚀性能的影响。结果表明：随着热扩散温度的升高或保温时间的延长，Cu/Ni/Ti界面处元素的扩散程度加剧，Cu/Ni和Ni/Ti界面的扩散系数随之增大且形成了Cu-Ni固溶体、NixTiy金属间化合物及少量CuxTiy金属间化合物；由于这些脆性金属间化合物的存在，接近Cu/Ni/Ti结构表面的扩散层中显微硬度增大，且随着热扩散温度达到700℃保温3h时，Cu/Ni/

5、Ti结构中的扩散层显微硬度值达到最高；进一步升高热扩散温度或延长保温时间后生成的脆性相会聚集并长大，并引起晶粒粗化，从而导致扩散层中硬度值降低。在3.5wt.%NaCl溶液中对Cu/Ni/Ti结构表面进行电化学腐蚀测试后，极化曲线和电化学阻抗谱的结果皆表明Cu/Ni/Ti结构表面的耐蚀性随着温度的升高或保温时间的延长先增大后减小，热扩散700℃保温3h的Cu/Ni/Ti结构腐蚀后表面膜层主要是由致密的Cu2O、NiO和TiO组成，耐蚀性达到最好。关键词：钛合金，扩散行为，金属间化合物，耐蚀性能I

6、AbstractTitaniumanditsalloysarewidelyusedasfunctionalandstructuralmaterialsinvariousfieldsfortheirexcellentpropertiesoflowdensities,highspecificstrength,betterthermalstabilityandbiocompatibility.However,theapplicationsofTC4alloywerelimitedbythelowthe

7、rmalconductivitiesandpoorwearresistances,especiallyinthetransportationofpetrochemicalpipelines.Atpresent,Cu/Niplatingwasusedonthethreadoftitaniumalloytubingcouplingtoimproveitswearresistanceandanti-threadgluingcapability.Thethermaldiffusiontreatmento

8、fCu/Ni/TistructurecausedmetallurgicalbondingbetweenCu/NicoatingsandtheTC4substratethroughthediffusionofatoms,thuseliminatingthegenerationoftheinternalstressandincreasingtheadhesionbetweencoatingandthesubstrate.Theaimofthispaperwastoinvestigatetheatom