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《太原理工大学》 2002年
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纯铜双层辉光离子渗钛及渗铝工艺和性能的研究

张跃飞  
【摘要】: 纯铜具有高导电、导热性和一定的力学性能,使其成为工业上应用广泛的一种有色金属,但是纯铜又存在着强度低、硬度低、抗氧化性差等不足之处,使纯铜产品寿命短,不能满足某些工况条件下的需求。本文就是针对纯铜这些不足之处利用双层辉光离子渗金属技术在纯铜表面进行离子渗钛;同时为了和纯铜渗铝的抗高温氧化性能做对比,在纯铜表面进行了粉末渗铝。对纯铜表面双层辉光离子渗钛工艺过程、渗层的组织特征、渗层形成的机理等方面进行里详细的研究;对纯铜表面粉末渗铝的工艺,渗层组织特征,渗层形成的机理也进行了研究;对离子渗钛试样和纯铜、纯钛对比试样分别在0.5mol/LH_2SO_4、1mol/LH_2SO_4、1mol/LHCl、10%HNO_3和5%NaCl溶液中进行电化学腐蚀性能的研究;对离子渗钛试样和粉末渗铝试样以及纯铜试样在400℃和700℃高温循环氧化100小时的抗高温氧化性能进行了研究;对离子渗钛试样和纯铜试样在300N、500N和750N不同载荷下的摩擦磨损性能进行了研究;其中渗层的成分分布、显微特征、结构形貌采用了先进的XRD、SEM、BSE,EDS等手段进行了检测分析。 研究结果表明:利用双层辉光离子渗金属技术可以在纯铜表面形成厚度在20—90um之间变化,表面合金含量在30—90%(wt)之间变化的扩散层,是一种新型的梯度材料;用粉末法在纯铜表面也能形成含铝量不同的合金渗层。通过分析发现离子渗钛层中钛是以含钛的固溶体和铜钛金属间化合物Cu_4Ti等的形式存在,弥散分布的Cu_4Ti对铜基体起到强化作用,粉末渗铝的组织以α固溶体和共析体(α+γ_2) 太原理工大学硕士论文 组成。对离子渗钦试样和纯铜、纯钦对比试样分别在0.smo比HZSO4、 lmol/LHZSo4、lmo比HCI、10%HNO3和so/6NaCI中进行电化学腐蚀性 能研究,实验结果表明:离子渗钦层在0.smol/L HZSO;的腐蚀速度几 乎与纯钦的相当,仅是纯铜的0.01倍;在lmol/L HZSO;是纯铜的0.1 倍,是纯钦的3.2倍;在lmol/L HCI中离子渗钦层的腐蚀速度相对较 大,但后期发生了钝化,而纯铜和纯钦发生了较为严重的孔蚀;在 10%HNO3中离子渗钦层的腐蚀速度是纯铜的0.66倍,是纯钦的10倍; 在5%NaCI中离子渗钦层的腐蚀速度是纯铜的2倍,但几乎与纯钦的 相当:由于纯铜和纯钦均具有较好的耐蚀性,所以说明离子渗钦层在 不同的介质中也均具有较高的耐蚀性。对离子渗钦试样和粉末渗铝试 样以及纯铜试样在400℃和700OC高温循环氧化100小时的抗高温氧化 性能进行了研究,分别给出了它们的氧化动力学曲线,并氧化机理进 行了探讨,结果显示:纯铜离子渗钦后也可以大大提高纯铜的抗高温 氧化性能,铜的氧化速率K。值在400‘C和700℃时均比离子渗钦和渗 铝试样的几乎大一个数量级;在400℃时离子渗钦层生成的氧化膜致 密,氧化速度慢,不容易剥落,比渗铝试样的抗氧化性能有绝对的优 势;在700℃离子渗钦层在氧化80小时后才有剥落现象,而渗铝试样 在氧化40小时就开始剥落,而且离子渗钦试样的速率常数K,值也比 渗铝的小,说明在700℃离子渗钦试样的抗氧化性能要比渗铝的还要 好。对离子渗钦试样和纯铜试样在300N、500N和75ON不同载荷下的 摩擦磨损性能进行了研究,并对磨损机理进行了分析,结果显示:由 于渗钦后表面硬度的提高大大降低了磨损次表面的塑性变形,阻止了 磨损裂纹的形成与扩展,从而减小了磨损量,在300N纯铜试样的质 量磨损量是离子渗钦试样的5倍多,在500N时约为11倍,在750N 太原理工大学硕_1_沦文 时不考虑时间因素是17倍。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TG156.8

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