铸铁表面液相微弧放电等离子体碳氮共渗研究

摘要

液相微弧放电等离子体电解碳氮共渗技术是一种新兴的表面改性技术。相对于传统表面改性技术，它具有能耗低、不需要真空装置、成本小、环境污染小、工艺简单等特点，在航空航天、军工、机械、电子、医疗、装饰等许多领域具有广阔应用前景。
　　本论文采用液相微弧放电等离子体电解碳氮共渗技术，在乙酰胺甘油水溶液电解液体系中对铸铁表面进行了碳氮共渗处理。电源参数为:电流大小固定为3A，频率固定为100Hz，占空比固定为25％;电解液配方为:去离子水750mL，乙酰胺150g，甘油80mL，加入2g粉状NaCl颗粒以增加电解液的导电性。
　　与文献较多报道的将铸铁工件作为阴极工作电极实现渗碳氮化不同，本论文是基于铸铁工件作为阳极工作电极的研究成果。通过扫描电子显微镜镜观察研究了渗透层的表面和断面形貌，XRD物相分析定性分析了渗透层的物质结构组成，显微硬度测试、电化学腐蚀测试、摩擦磨损测试分析等方法探讨了不同渗透时间(0s，30s，60s，90s，120s)对渗透效果的影响。实验结果表明，当施加电流固定为3A时，处理很短时间就能在铸铁基底的表面形成良好的共渗层。渗透层的表面结构比较粗糙，由很多球状凸起和火山口状凹坑组成。随着处理时间的增加，渗透层的厚度增加，不过随着处理时间的增加，渗透层的生长速率减小。渗透层的组织结构主要由碳铁和氮铁化物组成。处理时间为120s时，渗层具有最优的硬度和耐磨损性能;处理时间为60s时，渗层具有最优的耐腐蚀性能。同时，处理后铸铁的摩擦系数显著减小，摩擦性能显著提升。因此，经过处理的铸铁材料的硬度得到了显著提高，同时也大大改善了其耐腐蚀性能、耐磨性等机械性能。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 表面改性传统方法

1．2．1 渗碳处理

1．2．2 渗氮处理

1．2．3 表面发黑处理工艺

1．2．4 表面磷化处理

1．3 等离子体电解渗透的研究现状

1．4 等离子体电解渗透技术的应用

1．5 等离子体电解渗透技术的潜在商业应用

1．6 本文研究目的和研究内容

1．6．1 研究目的

1．6．2 研究内容

第二章 铸铁表面液相微弧放电等离子体碳氮共渗的理论基础

2．1 液相等离子体表面改性技术介绍

2．1．1 等离子体电解沉积

2．1．2 等离子体电解氧化

2．1．3 阴极等离子体电解渗透

2．2 液相微弧放电等离子体碳氮共渗的放电过程

2．3 等离子体电解渗透反应机制

2．4 阳极等离子体电解渗透的探索

第三章 实验设备和研究方法

3．1 实验技术路线

3．2 实验材料

3．3 实验设备

3．4 电解液体系

3．5 实验方法

3．6 液相微弧放电等离子体碳氮共渗薄膜的表征方法

3．6．1 扫描电子显微镜(sEM)

3．6．2 X射线衍射(XRD)

3．6．3 显微硬度测试分析

3．6．4 电化学腐蚀测试分析

3．6．5 摩擦磨损测试分析

3．7 本章小结

第四章 实验结果和讨论

4．1 SEM分析

4．2 XRD分析

4．3 摩擦磨损分析

4．4 耐腐蚀性分析

4．5 维氏硬度分析

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

在校期间发表论文

致谢