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纯镍表面熔盐电解法渗硼的工艺研究

李建新  
【摘要】:金属镍因其高强度、耐酸、耐碱和耐高温等优异的性能常应用于军工制造业、民用机械制造业和电镀工业等。但是,镍的表面硬度不高、耐磨性较低等特点限制了其应用领域的进一步拓展,为了提高镍的使用性能,需对其进行表面处理。本文采用熔盐电解法和固体粉末法在纯镍表面渗硼,以改善其表面性能。首先,熔盐电解法渗硼以85%Na_2B_4O_7·10H_2O-15%Na_2CO_3作电解质,固体粉末法以96%B_4C-4%KBF_4为渗硼剂,采用单因素实验法分别研究不同工艺参数对渗层组织、成分的影响。利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对渗硼试样断面形貌和元素含量进行分析;利用X射线衍射仪(XRD)对渗硼试样表面进行物相分析。研究结果表明:熔盐电解法渗硼过程中,电流密度(250~1500A/m~2)、电解时间(15~240min)、电解温度(880~970℃)对渗层的结构和厚度都有显著的影响。在电解温度为950℃、电解时间为60min、电流密度为1500A/m~2时,渗层厚度约为197.92μm;固体粉末法渗硼过程中,随着渗硼温度(850~950℃)和渗硼时间(4~10h)的增加,渗层厚度都有明显的增长趋势,渗硼温度950℃、渗硼时间10h时的渗层厚度约为176.35μm;选用两种渗硼工艺,在不同的工艺参数下均在纯镍表面形成了由Ni_2B和Ni_3B组成的渗层。其次,利用显微硬度计测量渗硼试样表面和断面显微硬度;利用电化学工作站对渗硼试样耐腐蚀性进行分析。研究结果表明:通过熔盐电解法和固体粉末法制备的渗硼试样,渗层厚度越大,表面硬度值越高,最高可达1763HK;渗硼试样断面显微硬度值1008HK,远高于基体的硬度(199HK);在3.5%NaCl腐蚀介质中进行电化学腐蚀行为研究,通过交流阻抗和极化曲线分析,纯镍基体经渗硼后耐腐蚀性显著提高。最后,对纯镍基体渗硼反应的热力学数据进行了计算,对渗硼试样的渗层生长动力学进行了分析,计算得到硼原子在纯镍基体中的扩散常数K_0为1.12×10~(-2),扩散激活能Q为230.714kJ/mol。


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