钛及其合金表面固体粉末渗镀技术（金属学与金属工艺）

《钛及其合金表面固体粉末渗镀技术》

作者：段永华

定价：228.00元

出版时间：2026-07

ISBN：978-7-5240-0646-6

内容简介

钛及钛合金作为现代工业中的先进材料，以其低密度、高比强度和良好耐蚀性而备受青睐。钛合金主要分为α型、α+β型和β型三类，被广泛应用于航空航天、化工、医疗等领域。然而，钛及钛合金低硬度和耐磨性较差的问题限制了其应用，在滑动摩擦时易发生黏着磨损，最终导致工件咬死；此外，在高温环境下使用时，其表面形成的氧化膜易剥落，使其抗氧化性和其他高温性能降低，导致合金机械性能严重下降，结构零部件失效。对钛及其合金进行表面改性处理变得尤为重要。固体粉末渗镀技术作为钛及其合金表面改性技术之一，虽然处理温度高、处理时间长，但渗层质量稳定、渗剂易调整、设备简单、操作方便、适用于形状复杂的工件、成本低、环境友好、无污染等优点备受欢迎。 本书从钛及其合金的特点、用途及表面特性出发，采用单一元素渗镀(渗硼、渗铝、渗碳)和多元元素渗镀(硼铝共渗、硼铝复合渗、硼碳共渗、硼碳复合渗)等固体粉末渗镀表面处理技术对α型、α+β型和β型钛及其合金进行表面处理，研究了表面渗层的微观结构、生长动力学、力学性能、耐蚀性及高温抗氧化性，分析其腐蚀和氧化机理。基于密度泛函理论的第一原理计算，分析了渗硼过程中硼原子的扩散行为以及高温氧化过程的氧原子吸附行为，从理论角度探讨渗层的本征特性、形成机制与氧化机理。最后以应用广泛的高温合金Inconel 718镍基合金为例，采用固体粉末法在Inconel 718镍基合金上表面制备了具有良好耐磨性和抗氧化性能的硼铝共渗层，研究了硼铝共渗层的腐蚀、摩擦磨损以及高温抗氧化性能，为高温及硬质合金的表面技术以及梯度表面设计提供了理论指导。

目录

1绪论1

11概述1

12钛及其合金概述2

121钛及其合金分类3

122钛及其合金特点5

123钛及其合金的用途8

13钛及其合金表面处理技术11

131表面处理技术概述11

132气体处理技术12

133固体处理技术13

134液体处理技术14

135新型处理技术16

14钛及其合金表面固体粉末渗镀技术17

141固体渗硼技术及特点18

142固体渗碳技术及特点19

143固体渗铝技术及特点20

144固体硼碳共渗与渗镀技术及特点22

145固体硼铝共渗与渗镀技术及特点22

146固体稀土共渗技术及特点23

15钛及其合金表面固体粉末渗镀渗层性能研究现状24

151钛及其合金表面固体粉末渗镀渗层微观结构25

152钛及其合金表面固体粉末渗镀渗层力学性能35

153钛及其合金表面固体粉末渗镀渗层腐蚀性能37

154钛及其合金表面固体粉末渗镀渗层高温氧化性能39

16第一性原理在钛及其合金表面研究中的应用40

本章小结43

参考文献44

2TA钛合金表面固体粉末渗镀结构与性能研究56

21TA2纯钛固体粉末渗硼表面渗层微观结构与性能56

211TA2纯钛固体粉末渗硼表面渗层微观结构57

212TA2纯钛固体渗硼表面渗层生长动力学61

213TA2纯钛固体渗硼表面渗层力学性能63

214TA2纯钛固体渗硼表面渗层腐蚀性能68

22相变对TA2纯钛固体渗硼表面渗层微观结构与性能的影响71

221相变对TA2纯钛固体渗硼表面渗层微观结构的影响72

222相变对TA2纯钛固体渗硼表面渗层力学性能的影响78

223相变对TA2纯钛固体渗硼表面渗层腐蚀性能的影响80

224相变温度区TA2纯钛固体渗硼表面渗层生长动力学83

225硼原子在两相区的扩散行为的第一性原理研究92

23TA7钛合金固体渗硼表面渗层微观结构与性能100

231TA7钛合金固体渗硼表面渗层微观结构101

232TA7钛合金固体渗硼表面渗层生长动力学112

233TA7钛合金固体渗硼表面渗层力学性能115

24TA2纯钛固体渗镀表面硼碳渗层微观结构与性能127

241TA2纯钛固体渗硼表面渗层微观结构与生长机理127

242TA2纯钛固体渗碳表面渗层微观结构与生长机理131

243TA2纯钛固体渗镀硼碳共渗表面渗层微观结构与生长机理136

244TA2纯钛固体渗镀硼碳复合渗表面渗层微观结构与生长机理141

245TA2纯钛固体渗镀表面硼碳渗层力学性能148

246TA2纯钛固体渗镀表面硼碳渗层腐蚀性能160

25TA2纯钛固体渗镀表面硼铝渗层微观结构与性能167

251TA2纯钛固体渗铝表面渗层微观结构与生长机理167

252TA2纯钛固体硼铝复合渗表面渗层微观结构与生长机理172

253TA2纯钛固体渗镀表面硼铝渗层力学性能176

254TA2纯钛固体渗镀表面硼铝渗层高温氧化性能181

本章小结190

参考文献191

3TB2钛合金表面固体粉末渗镀结构与性能研究198

31TB2钛合金固体渗硼表面渗层微观结构与性能198

311TB2钛合金固体渗硼表面渗层微观结构198

312TB2钛合金固体渗硼表面渗层生长动力学206

313TB2钛合金固体渗硼表面渗层力学性能209

314TB2钛合金固体渗硼表面渗层腐蚀性能212

32TB2钛合金表面固体稀土硼共渗渗层微观结构与性能216

321稀土硼共渗正交实验设计217

322氧化镧对渗层微观结构与性能的影响219

323氧化铈对渗层微观结构与性能的影响227

33TB2钛合金固体稀土硼共渗表面渗层生长动力学235

331扩散模型与结果分析235

332扩散激活能240

本章小结241

参考文献242

4TC钛合金表面固体粉末渗镀结构与性能研究244

41TC21钛合金固体渗镀表面硼铝渗层微观结构与性能245

411TC21钛合金固体渗硼表面渗层微观结构与生长机理245

412TC21钛合金固体渗铝表面渗层微观结构与生长机理248

413TC21钛合金固体硼铝复合渗表面渗层微观结构与生长机理253

414TC21钛合金固体渗镀表面硼铝渗层生长动力学256

415TC21钛合金固体渗镀表面硼铝渗层力学性能263

416TC21钛合金固体渗镀表面硼铝渗层腐蚀性能268

42TC4钛合金固体渗镀表面硼铝渗层微观结构与性能275

421TC4钛合金固体渗镀表面硼铝渗层微观结构275

422TC4钛合金固体渗镀表面硼铝渗层界面性质280

423TC4钛合金固体渗镀表面硼铝渗层力学性能286

424TC4钛合金固体渗镀表面硼铝渗层腐蚀性能312

425TC4钛合金固体渗镀表面硼铝渗层高温氧化性能346

本章小结376

参考文献377

5TC4钛合金表面固体稀土渗镀表面结构与性能研究383

51TC4钛合金固体稀土渗镀工艺优化与表面渗层微观结构383

52TC4钛合金固体稀土渗镀表面渗层力学性能396

521纳米压痕测试396

522摩擦磨损性能399

523摩擦过程的分子动力学模拟411

53TC4钛合金固体稀土渗镀表面渗层腐蚀性能414

531TC4钛合金固体稀土渗镀表面渗层的开路电位分析415

532TC4钛合金固体稀土渗镀表面渗层的极化曲线分析417

533TC4钛合金固体稀土渗镀表面渗层的电化学阻抗分析420

54TC4钛合金固体稀土渗镀表面渗层高温氧化性能426

541TC4钛合金固体稀土渗镀表面渗层的高温氧化形貌426

542TC4钛合金固体稀土渗镀表面渗层的高温氧化成分分析431

543TC4钛合金固体稀土渗镀表面渗层的高温氧化增重曲线439

544TC4钛合金固体稀土渗镀表面渗层的高温氧化机理443

本章小结448

参考文献449

6固体粉末渗镀技术推广应用(以Inconel 718镍基合金为例)452

61Inconel 718镍基合金固体硼铝共渗工艺优化与表面渗层微观结构453

611Inconel 718镍基合金固体硼铝共渗表面渗层的微观结构454

612Inconel 718镍基合金固体硼铝共渗工艺优化458

62Inconel 718镍基合金固体硼铝共渗表面渗层腐蚀性能461

621Inconel 718镍基合金固体硼铝共渗表面渗层的开路电位分析462

622Inconel 718镍基合金固体硼铝共渗表面渗层的极化曲线分析462

623Inconel 718镍基合金固体硼铝共渗表面渗层的电化学阻抗

分析464

63Inconel 718镍基合金固体硼铝共渗表面渗层力学性能466

631Inconel 718镍基合金固体硼铝共渗表面渗层的纳米压痕测试466

632Inconel 718镍基合金固体硼铝共渗表面渗层的摩擦磨损性能

分析468

64Inconel 718镍基合金固体硼铝共渗表面渗层高温抗氧化性能476

641Inconel 718镍基合金固体硼铝共渗表面渗层的高温氧化增重

曲线476

642Inconel 718镍基合金固体硼铝共渗表面渗层的高温氧化截面

形貌与氧化产物478

643Inconel 718镍基合金固体硼铝共渗表面渗层的高温氧化机理484

本章小结486

参考文献487