钛表面辉光无氢渗碳动力学与耐蚀性能.pdfVIP

第41 卷 第12 期 稀有金属材料与工程 Vol.41, No.12 2012 年 12 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING December 2012 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% H SO 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， 2 4 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 (0.14 eV)。渗碳试样在25 ℃ 3.5% NaCl、80% H2 SO4 水溶液中的腐蚀速率分别为0.000 48 mm/a 、2.118 mm/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：TG146.2 3 ；TG156.8 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 [15-17] 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 。 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， 以及渗碳试样在NaCl 水溶液和浓H2SO4 中的耐蚀性能。 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[1-4] ，耐 无氢渗碳实验装置结构见文献[8]。源极采用99.99% 的 蚀性能提高有限。通过对钛基体进行Pd 、Hf 、Ag 等贵 Φ120 mm×10 mm 高纯石墨块，工件极采用30 mm×30 金属元素合金化，或对钛进行表面Pd 合金化，可以将 mm mm×2 mm 的工业纯钛TA2 ，工作气体采用99.99% 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750~850 V ，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400~500 V ，工作气体压力28 Pa 。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 碳温度分别为900, 930, 950, 1000 ℃，渗碳时间为3 h 。 基磷灰石涂层、微等离子氧化方法制备氧化钛和复相 采用 JSM6460 扫描电子显微镜观察渗碳层显微结 氧化物涂层，可以将其耐蚀性能显著提高[9-11] 。上述