钛及钛合金表面改性层腐蚀及腐蚀磨损性能的研究

摘要

钛合金(例如Ti-6Al-4V)，具有比强度高、质量轻、耐腐蚀以及良好的生物相容性等优点，被广泛应用于航空航天、化工、生物医疗领域，但钛合金耐磨性差的缺点，又限制了它的应用范围。 现有许多表面工程技术被用来提高钛合金的抗磨性。如硬质涂层、离子注入及离子氮化等技术可以明显改善钛合金在中低载荷下的耐磨性，但在冲击载荷条件下，改性层易产生裂纹，降低合金的耐蚀性能，并导致严重的磨粒磨损。针对以上问题，本文采用等离子表面改性技术，对纯钛进行表面渗Mo、渗N以及Mo-N共渗改性研究，采用电化学腐蚀方法、X衍射对改性层的电化学性能和机理进行研究；另外，运用摩擦电化学噪音法对Ti-6Al-4V进行腐蚀磨损特性进行研究。研究结果如下： 1.对改性层的组织成分及结构进行了研究。渗Mo和Mo-N共渗后，纯钛基体表面均形成了均匀致密的改性层，改性层由预渗金属元素的扩散层和沉积层组成。扩散层中合金元素含量呈梯度变化，增强了膜基结合强度，提高基体表面强度。 2.对改性层的电化学腐蚀性能进行了比较系统的试验。结果表明：在相同的腐蚀条件下，改性层的自腐蚀电位得到提高，与纯钛相比，改性后其耐蚀性没有降低。本文还对纯钛Mo-N共渗改性层在不同腐蚀介质中的电化学腐蚀机理进行了初步分析。其结果是：在各种介质中，研究电极(Mo-N共渗改性后的电极)的阳极反应过程都是先失电子后钝化。阴极反应包括两种，若腐蚀介质是酸性溶液，阴极反应是析氢反应；若是中性或碱性溶液，则为吸氧反应。 3.研究Mo-N改性层和Ti6Al4V合金在50％RH大气和模拟人工体液中的摩擦学性能，并结合摩擦电化学噪音技术，研究钛合金及改性层在人工体液中的电化学噪音变化规律。结果表明：在大气和模拟人工体液中，Mo-N共渗改性层均表现出优良的耐磨和减摩作用；Mo-N共渗改性层在人工体液中表现出更优异的腐蚀磨损特性。

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

1.1表面工程概述

1.1.1表面工程的形成

1.1.2.表面工程的分类

1.1.3表面工程的发展

1.2钛及钛合金

1.2.1钛的资源和生产

1.2.2钛及钛合金的应用

1.3钛及钛合金的表面改性

1.3.1钛合金表面改性方法

1.3.2等离子表面合金化技术

1.4课题的提出

1.4.1课题提出的依据

1.4.2主要研究内容

第二章等离子表面合金化原理及其参数选择

2.1前言

2.2等离子表面合金化技术原理

2.3试验材料及设备

2.3.1试验材料

2.3.2试验设备及操作

2.4工艺参数的确定

2.5三种表面处理工艺参数

第三章纯钛表面改性层的组织结构

3.1前言

3.2试验方案

3.2.1试样编号

3.2.2检测仪器及方法

3.3试验结果及分析

3.3.1渗层的金相显微组织

3.3.2 GDS成分分析

3.3.3 XRD分析

3.4小结

第四章电化学腐蚀性能的研究

4.1引言

4.2极化曲线的相关理论

4.2.1极化曲线的概念

4.2.2极化曲线的测试方法

4.2.3试验装置

4.2.4试验条件

4.3电化学腐蚀性能试验

4.3.1 0.5M的H2SO4水溶液电化学腐蚀性能

4.3.2 0.5M Nacl溶液的电化学腐蚀性能

4.3.3模拟人工体液中的电化学腐蚀性能

4.3.4 0.5M Na3PO4溶液中的电化学腐蚀性能

4.3.5 H2O中的电化学腐蚀性能

4.4小结

第五章表面改性层腐蚀机理的研究

5.1引言

5.2腐蚀形貌观察

5.3腐蚀机理的分析

5.3.1纯钛改性层在模拟人工体液中的腐蚀

5.3.2纯钛改性层在0.5 M的NaCl溶液中的腐蚀

5.3.3纯钛改性层在水中的腐蚀

5.3.4纯钛改性层在0.5M的H2SO4溶液中的腐蚀

5.4小结

第六章表面改性层腐蚀-磨损性能的研究

6.1引言

6.2试验方法

6.2.1腐蚀-磨损试验装置及原理

6.2.2试验条件

6.3试验结果及分析

6.4小结

第七章结论

参考文献

致谢

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