低温低压等离子弧辅助奥氏体不锈钢离子渗氮工艺研究

发布时间：2020-08-13 13:17

【摘要】：316L奥氏体不锈钢以其优异的耐腐蚀性、高温强度、非磁性和综合机械性能,广泛应用于热交换器、食品工业、化工和钟表等工业。316L奥氏体不锈钢室温下为单相奥氏体组织,硬度和耐磨性比较差,用在一些需要更高硬度更耐磨的机械零部件时,难以满足使用要求。本文利用空心阴极直流弧辅助,对316L奥氏体不锈钢进行低温(400℃)低压(0-3 Pa)离子渗氮,研究不同工艺参数对316L奥氏体不锈钢渗层组织及性能的影响规律,开发渗速快且不降低不锈钢耐蚀性的表面处理工艺;针对处理后的样品,用莱卡显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度仪、3D形貌仪、球盘式摩擦磨损仪及电化学工作站等分析仪器对样品组织、形貌、物相、机械性能及耐蚀性能进行表征。采用显微硬度计、微纳米综合力学系统测试分析处理后样品的力学性能。实验研究结果表明:1.在空心阴极辅助的条件下,可获得高效率的渗氮效果,渗速最快可达17.37μm/h,表面显微硬度最高达1608.79 HV_(0.05)。通过控制不同氮气与氢气的通入量,可实现对渗层厚度、组织、显微结构的控制。2.在氢气存在的情况下,氮氢比从4:1到1:6,渗氮层厚度从13.68μm减小到6.84μm,表面显微硬度从1454.54 HV_(0.05)降到了1164.10 HV_(0.05),随着氮氢比的降低,渗层厚度和表面显微硬度呈减小趋势。在20 N载荷下,与GCr15的1 h磨损结果中,氮氢比4:1表面形貌只出现少许磨痕和塑性变形区,获得了最好的耐磨性。3.离子渗氮(PN)处理后表面渗层主要相为γ_N;离子氮碳共渗(PNC)和氮碳共渗加离子渗氮复合(PNC+PN)处理后主要为γ_(NC)相。渗层中C、N含量越高,渗层组成相的晶格常数越大,渗层中产生的滑移带密度越大。无论是(111)还是(200)晶面,按照PN,PNC,PNC+PN顺序,晶面间距逐渐增大。4.316L奥氏体不锈钢经过低温低压渗层处理后,耐磨性比基体面明显提高,表现为摩擦系数由基体的0.57降低为0.45-0.47,磨痕深度明显降低。在3.5%NaCl溶液中测得的极化行为表明,无CrN析出的渗层有助于耐蚀性的提高。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG156.82
【图文】：

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华南理工大学工程硕士学位论文称为正常辉光放电区。常辉光放电区。BC 段后，从 C 点开始，随着电流的增加，电这个阶段（CD 段）被称为异常辉光放电区。光放电区。D 点后，电流突然增大而阴极和阳极之间的电压极表面出现强烈电弧，该阶段被称为电弧放电区。子渗氮过程处于异常辉光放电区（即 CD 区间）。伏安特性曲线电阴极表面会出现强烈电弧，这种强烈的电弧会使被处理的工

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NASS 试样的显微硬度、结构、组成相和磁性有很大的影SS 材料达到最高饱和磁化强度 Ms，磁化率 χ，矫顽磁场子注入技术（PSΙΙ）是由美国威斯康辛大学 ConradJ.R.教等离子体浸没离子注入示意图。通过避免常规离子注入固植入技术中脱离出来。在 PSII 中，要植入的目标直接放置到高的负电位。目标周围形成等离子体鞘层，离子同时A.教授[23]等提出等离子体浸没离子注入技术（PΙ3），等离被视为一个基于低压射频辉光放电混合注入/扩散技术，中等大小的不锈钢容器。López-Callejas R.[24]等人利用AISI304 进行渗氮，470℃下经过 5 小时处理，渗层厚度为0℃下针对 AISI304 采用等离子体浸没离子注入方法渗氮。

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体相：具有高氮浓度和低晶格缺陷数量的顺磁性特别是存在导致磁转换的堆垛层错的铁磁奥氏体{200}晶面族和表面平行于{111}晶面族的织构具密切相关的。固溶体中的氮使晶格膨胀，并且由均匀的，并不是在{200}晶面族上优先固溶氮。被认为是由晶粒取向决定的。面心立方结构金属塑性变形导致{111}晶面族排列平行于表面，这面硬度相当高而脆性却不是很大。堡的 Georges J.[31]发明了活性屏离子渗氮技术（PN）。图 1-3 为活性屏离子渗氮设备示意图。在态，离子轰击金属屏而不是工件本身。与传统离的工件，并能消除边缘效应、空心阴极效应，还

【参考文献】