钛表面辉光无氢渗碳动力学与耐蚀性能研究.pdfVIP

第4l卷 第12期 稀有金属材料与工程 V01．41，No．12 2012年 12月 RAREMETAL MATERIAI，SANDENGINEERING December2012 钛表面辉光无氢渗碳动力学与耐蚀性能研究 华云峰，李争显，杨 浩，王宝云，王彦峰，姬寿长，罗小峰，杜继红 (西北有色金属研究院，陕西西安710016) 摘要：采用辉光无氢渗碳方法，在工业纯钛TA2表面制备渗碳层，研究辉光无氢渗碳动力学以及渗碳试样在25℃、 3。5％NaCl水溶液和25℃、80％HzS04水溶液中的耐蚀性能。结果表明，渗碳层厚度随渗碳温度与时间的增加而增加， 碳在渗碳层中的扩散系数与绝对温度之间符合Arrhenius关系式，扩散活化能为13．6 kJ／mol(O．14 ev)。渗碳试样在25℃ 48mm／a、2．118 3．5％NaCI、80％H2S04水溶液中的腐蚀速率分别为0．000mm／a，分别是Ti．0．2Pd的77％、50％，分别是 TA2的13％、11％，耐蚀性能得到显著提高。 关键词：工业纯钛TA2；辉光无氢渗碳；渗碳层；动力学；耐蚀性能 中图法分类号：TGl46．2+3；TGl56．8+1 文献标识码：A 文章编号：1002—185X(2012)12—2131—04 钛具有比强度高、耐蚀性能好、低温特性稳定、生 构、相组成与耐磨性能，关于耐蚀性能研究的文献报 物相容性好等一系列优异特性，在航空航天航海、石油 道很少[15-17]。 化工、生物医学等高技术领域得到广泛应用。然而，钛 本实验采用高纯石墨作为碳源，采用辉光无氢渗碳 在热酸性溶液及还原性酸中钝化膜易遭到破坏，耐蚀 方法在钛表面制备渗碳层，研究辉光无氢渗碳动力学， 性能较差。因此，需要通过表面处理或合金化方法， 提高钛在上述介质中的耐蚀性能。 1 实 验 通过对钛基体进行Ta、Nb、Zr、Mo等元素合金 化，或通过对合金化的基体进行大变形或高强度脉冲离 采用辉光无氢渗碳方法在钛表面制备渗碳层。辉光 子束辐照处理，可以将其耐蚀性能提高约一倍l卜41，耐 无氢渗碳实验装置结构见文献[8】。源极采用99．99％的 q：120mm×10 蚀性能提高有限。通过对钛基体进行Pd、Hf、Ag等贵 mm高纯石墨块，工件极采用30mmx30 金属元素合金化，或对钛进行表面Pd合金化，可以将 mmminx2 其耐蚀性能提高约8倍【5‘8】，耐蚀性能得到显著提高， 的Ar。源极石墨块偏压为750～850V，工件极TA2偏 但成本很高。在钛表面通过采用化学气相沉积方法制 压为400—500V，工作气体压力28Pa。工件极TA2渗 备类金刚石膜、等离子电解氧化方法制备氧化钛和羟 h。 基磷灰石涂层、微等离子氧化方法制备氧化钛和复相 氧化物涂层，可以将其耐蚀性能显著提高[9。111。上述构，采用Oxford 方法制备的表面涂层厚度在数微米至十几微米之间， 难以满足长期耐蚀要求。通过氮离子注入、辉光渗氮 进行渗碳层硬度测试。 方法在钛表面渗氮，能够提高其耐蚀性能[12。14l。耐蚀 性能不但与表面TiN、Ti2N涂层致密度有关，还与厚 度有关，因此，渗氮方法难以满足长期耐蚀要求以及 线。参比电极是饱和甘汞电极，辅助电极是高纯石墨电 难以显著提高耐