铬、镍离子淹没不锈钢的辉光离子氮化研究

摘要

传统离子氮化，温度在500℃～650℃之间，可以很好的解决不锈钢硬度低、耐磨性能差的问题。但是由于氮渗入基体表层，形成CrN，铬氮化物的形成结合大部分的铬，致使固溶体贫铬。而且在许多离子氮化炉中没有考虑工作台上防止铁离子溅射，而使铁含量大大增加，从而引起渗层耐腐蚀性大大降低。针对这一问题，本文以AISI316奥氏体不锈钢和标17.4PH不锈钢为代表，在常规离子氮化条件下引入铬、镍离子源，使不锈钢的氮化分别在铬和镍离子、镍离子、铬离子淹没的条件下进行氮化。采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计、磨损试验机和电化学工作站分析了不同工艺下渗层的显微组织、相结构、铬和氮浓度的分布、形貌特征以及硬度、磨损、腐蚀性能。 AISI316不锈钢经铬、镍离子淹没离子氮化可以制备出较厚的白亮渗层，具有较好的耐腐蚀性能，主要物质为CrN和γ＇-Fe<,4>N。白亮层为高铬低镍低铁的化合物层，铬、氮的含量很高，质量百分比最高分别可达67.44％和13.67％，与未处理试样相比，铬的含量提高3倍以上。白亮层具有较高的硬度，平均硬度可以达到1200HV，比未处理试样提高了4倍左右。在0.1～1.0kg载荷下，表层硬度基本维持恒定，具有较高的承载能力。 铬、镍离子淹没不锈钢离子氮化不但不能够提高不锈钢表层镍的含量，反而会对渗层的形成产生一定的影响。通过17-4PH不锈钢含镍离子淹没面和不含镍离子淹没面的试样进行580℃×9h氮化，对比分析可知，镍离子的存在并不能提高表层镍的含量，还会减少表面渗层的厚度，降低渗层Cr和N的浓度。 17-4PH不锈钢镍离子淹没离子氮化580℃×9h，表层镍的含量也没有提高。但是在不锈钢表面形成了平整、均匀、致密的强化层，厚度约为15μm，硬度高达1268HV，成分与基体基本保持一致，具有较好的耐腐蚀性能。 AISI316奥氏体不锈钢铬离子淹没离子氮化可以获得均匀、完整、连续的白亮层，主要由CrN和γ＇-Fe<,4>N组成，为高铬低镍低铁的化合物层，其中铬的含量是基体的3倍以上。本实验在580℃×4h处理试样渗层测得最高铬含量达到72.13wt.％。渗层硬度很高，显微硬度最高可达1270HV，具有较高的承载能力和较好的耐磨性能。氮化处理试样的耐腐蚀性能与未经处理试样相比有所下降，但是相差不大。耐腐蚀性较未经处理的单相基体低，但是比氮化处理后试样心部的耐腐蚀性能明显提高。不锈钢经铬离子淹没离子氮化所得渗层耐腐蚀性能比未经氮化处理试样降低的主要原因是渗层为复相层，电极电位有所不同，所以容易被腐蚀。在一定范围内，试样渗层厚度、铬和氮的含量、表层的硬度、试样耐腐蚀性能均随氮化处理温度的升高、处理时间的延长而增加。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章实验材料及方法

第三章铬、镍离子淹没不锈钢离子氮化

第四章铬离子淹没不锈钢离子氮化

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢