机械合金化制备高氮不锈钢及高氮不锈钢涂层的研究

发布时间：2017-07-07 11:19

  本文关键词：机械合金化制备高氮不锈钢及高氮不锈钢涂层的研究

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【摘要】：以氮代镍的低成本高氮不锈钢,以其有优异的机械性能、耐蚀性能及生物相容性倍受青睐,其研究和开发受到国内外的高度重视。然而,氮在铁中的溶解度仅为0.045%,为获得高氮含量需要选择合适的生产工艺。因此,本文基于机械合金化技术开展以氮和锰代镍制备高氮不锈钢及高氮不锈钢涂层的研究。实验首先以氮气为氮源,将纯金属粉末混合物在循环通氮条件下球磨,利用固-气反应实现粉末的氮化。研究了球磨时间和循环通气次数对粉末及烧结试样的微观结构、氮含量、物相及性能的影响,并对氮气条件下机械合金化制备高氮不锈钢粉末的机理进行探讨。结果表明,增加球磨时间和循环通气次数能增加粉末中氮含量,促进α-Fe相向γ-Fe相的转变,细化晶粒,同时有利于粉末烧结后试样获得完全的奥氏体结构及较高的致密度、显微硬度和耐蚀性能。其次,以氮化铬和氮气为氮源,将氮化铬和金属粉末的混合物在氮气中球磨,利用固-固反应和固-气反应实现粉末的氮化。研究了球磨时间对粉末及烧结试样的微观结构、氮含量、物相及性能的影响,并对氮在机械合金化过程中的变化行为进行合理探讨。结果表明,增加球磨时间有利于粉末中的氮化铬颗粒的溶解,增加基体粉末中的氮含量。球磨30h后,获得氮含量为3.2%的完全奥氏体结构的高氮不锈钢粉末。粉末在氮气中烧结后试样中有氮化铁相析出,试样的显微硬度高达549HV0.1。烧结试样的耐蚀性能随球磨时间的增加而改善。最后,以430铁素体不锈钢为基体,利用机械合金化技术将已制备的氮含量较高的高氮不锈钢粉末涂覆到基体表面,制备一定厚度的高氮不锈钢涂层。研究了球磨时间对涂层物相、表面和截面微观结构、与基体的结合强度、表面的显微硬度、耐磨性和耐蚀性能的影响。结果表明,增加球磨时间,涂层的致密度、与基体的结合强度、表面的显微硬度、耐磨性和耐蚀性能随之增加。经过9h球磨后在基体表面制备了厚度约为60μm的致密高氮不锈钢涂层。涂层表面的显微硬度达到478HV0.1,约为基体的2倍以上。涂层的形成改善了基体的耐蚀性能。
【关键词】：机械合金化 高氮不锈钢 氮化 球磨参数 高氮不锈钢涂层
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 高氮不锈钢概述13-16
• 1.2.1 氮在不锈钢中的作用13-14
• 1.2.2 高氮不锈钢的定义和分类14-15
• 1.2.3 高氮不锈钢的发展历程及国内外研究现状15-16
• 1.3 机械合金化概述16-22
• 1.3.1 机械合金化技术发展概况16-17
• 1.3.2 机械合金化过程的机理17-19
• 1.3.3 机械合金化的工艺特点及应用19-20
• 1.3.4 机械合金化在高氮不锈钢制备中的应用研究现状20-21
• 1.3.5 机械合金化在涂层制备中的应用研究21-22
• 1.4 本文研究内容及拟解决的问题22-24
• 1.4.1 研究内容和目标22-23
• 1.4.2 拟解决的关键问题23-24
• 第二章 实验材料、设备及方法24-30
• 2.1 实验成分设计及材料24-25
• 2.1.1 成分设计24
• 2.1.2 实验材料24-25
• 2.2 实验设备25-28
• 2.2.1 制样设备25-27
• 2.2.2 结构表征与性能测试27-28
• 2.3 实验方案28-30
• 第三章 金属粉末循环通氮制备高氮不锈钢30-48
• 3.1 实验过程30-31
• 3.2 工艺参数对高氮不锈钢粉末微观结构的影响31-41
• 3.2.1 粉末的微观结构分析31-32
• 3.2.2 粉末的颗粒形貌和粒度分析32-34
• 3.2.3 粉末的氮含量分析34-36
• 3.2.4 粉末的物相分析36-38
• 3.2.5 粉末的晶粒尺寸和晶格应变分析38-39
• 3.2.6 氮气中机械合金化制备高氮不锈钢粉末的机理分析39-41
• 3.3 高氮不锈钢粉末烧结成形后的结构和性能变化41-46
• 3.3.1 烧结试样的氮含量分析41-42
• 3.3.2 烧结试样的致密度和微观结构分析42-43
• 3.3.3 烧结试样的物相分析43-44
• 3.3.4 烧结试样的显微硬度分析44-46
• 3.3.5 烧结试样的耐蚀性能分析46
• 3.4 本章小结46-48
• 第四章 氮化物与金属粉末通氮条件下制备高氮不锈钢48-62
• 4.1 实验过程48-49
• 4.2 球磨时间对高氮不锈钢粉末微观结构的影响49-56
• 4.2.1 粉末的微观形貌分析49-50
• 4.2.2 粉末的微观结构分析50-51
• 4.2.3 粉末的氮含量分析51-52
• 4.2.4 粉末的物相分析52-55
• 4.2.5 粉末的晶粒尺寸和晶格应变分析55
• 4.2.6 机械合金化过程中氮的行为分析55-56
• 4.3 高氮不锈钢粉末烧结成形后的结构变化56-60
• 4.3.1 烧结试样的氮含量分析56-57
• 4.3.2 烧结试样的致密度和微观结构分析57-58
• 4.3.3 烧结试样的物相分析58-59
• 4.3.4 烧结试样的显微硬度分析59
• 4.3.5 烧结试样的耐蚀性能分析59-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第五章 铁素体不锈钢表面制备高氮不锈钢涂层62-76
• 5.1 实验过程62
• 5.2 涂层的微观结构与成分分析62-68
• 5.2.1 涂层的宏观形貌分析62-63
• 5.2.2 涂层的物相分析63-64
• 5.2.3 涂层的表面微观结构分析64-65
• 5.2.4 涂层的截面微观结构分析65-68
• 5.3 涂层的性能分析68-72
• 5.3.1 涂层与基体结合的强度分析68-69
• 5.3.2 涂层的显微硬度分析69-70
• 5.3.3 涂层的摩擦磨损性能分析70-72
• 5.3.4 涂层的耐蚀性能分析72
• 5.4 铁素体表面MA制备高氮不锈钢涂层的机理72-74
• 5.5 本章小结74-76
• 第六章 全文总结76-78
• 参考文献78-85
• 致谢85-86
• 攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：530004