双相不锈钢高温快速离子渗氮及氮碳共渗表面改性研究

发布时间：2017-09-16 14:32

  本文关键词：双相不锈钢高温快速离子渗氮及氮碳共渗表面改性研究

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【摘要】：不锈钢以其优良的耐腐蚀性能广泛的应用于化工、船舶、医疗等领域,但其表面硬度低、耐磨性差的特点使其应用也受到一定限制。等离子体渗氮可以在不锈钢表面形成氮化物,使其硬度、耐磨性显著提高,是一种应用较为广泛的金属表面改性技术。传统离子渗氮过程中,工件为阴极,炉体为阳极,高电压作用下含氮气体被电离,产生大量高能含氮离子,通过渗透扩散获得一定厚度的改性层。由于离子的轰击与溅射作用,样品表面会存在打弧、边缘效应等缺陷。此外,在不锈钢离子渗氮过程中,为了避免CrN的析出,通常选择渗氮温度低于450℃,温度低,氮原子的扩散速率较慢,因而存在渗氮处理时间较长的问题。针对目前离子渗氮技术和理论中存在的问题,采用空心阴极放电高温快速离子渗氮表面改性处理技术。在一定间隙且带有小孔的双层钢筒组成空心阴极,利用空心阴极放电使双层阴极圆筒温度快速上升对样品进行辐射加热,加上等离子体放电产生高活性的氮离子的离子轰击双重作用,可以使样品快速(30℃/min)升温到渗氮温度。实验选择SS2205双相不锈钢材料作为研究对象,通过改变离子渗氮过程中温度,时间以及碳势等影响因素来探究渗氮过程的动力学与热力学问题。利用金相显微镜(OM)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、激光共聚焦显微分析(CLSM)等测试仪器,测定渗层厚度、相结构及显微硬度,对耐腐蚀性、耐磨性等性能进行综合评价分析。结果表明,SS2205双相不锈钢高温快速离子渗氮及氮碳共渗表面改性处理可以在短时间内获得一定厚度的渗层,样品表面组织均匀,在不降低耐腐蚀性的前提下,提高了双相不锈钢的表面硬度和耐腐蚀磨损性能,有效地提高了离子渗氮效率。
【关键词】：双相不锈钢 离子渗氮 离子氮碳共渗 硬度 腐蚀磨损
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG156.82;TG142.71
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 课题研究背景9-11
• 1.1.1 不锈钢概述9
• 1.1.2 不锈钢分类9-11
• 1.2 离子渗扩表面改性技术11-19
• 1.2.1 等离子体放电特性12-13
• 1.2.2 离子渗氮中氮原子渗入机理13-15
• 1.2.3 直流离子渗氮存在的问题15-16
• 1.2.4 新型离子渗氮技术发展概况16-19
• 1.3 腐蚀磨损19-20
• 1.4 课题意义及研究内容20-22
• 1.4.1 选题的意义20
• 1.4.2 研究内容20-22
• 第2章 实验设备及实验方法22-29
• 2.1 实验材料及实验设备22-24
• 2.1.1 实验材料22
• 2.1.2 实验设备22-24
• 2.2 实验方法24-26
• 2.2.1 渗氮工艺24-26
• 2.3 表征分析方法26
• 2.3.1 金相分析(OM)26
• 2.3.2 X射线衍射分析(XRD)26
• 2.3.3 场发射扫描电镜显微分析(SEM)26
• 2.4 性能分析评价26-29
• 2.4.1 显微硬度分析26
• 2.4.2 腐蚀性能评价26-27
• 2.4.3 腐蚀磨损性能评价27-28
• 2.4.4 激光共聚焦显微分析28-29
• 第3章 双相不锈钢离子渗氮及氮碳共渗处理29-48
• 3.1 试样表面形貌29
• 3.2 渗层金相显微组织29-34
• 3.3 渗层相结构分析34-38
• 3.4 表面显微硬度测试38-41
• 3.5 耐腐蚀性能分析41-46
• 3.6 小结46-48
• 第4章 腐蚀磨损性能研究48-64
• 4.1 摩擦系数48-51
• 4.2 磨痕轮廓分析51-58
• 4.3 磨痕微观形貌58-63
• 4.4 小结63-64
• 第5章 结论64-65
• 参考文献65-69
• 攻读学位期间公开发表论文69-70
• 致谢70

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本文编号：863629