高合金化奥氏体不锈钢盐浴渗铬研究

发布时间：2020-10-10 06:31

　　 高合金化奥氏体不锈钢因含有较高铬、镍质量分数,具有良好的抗氧化性、抗腐蚀性和耐高温性,已经广泛应用在航空航天、能源动力、交通运输和沿海作业等领域。但在泥沙泵和泥浆泵使用过程中奥氏体不锈钢表面易被磨损,同时受到侵蚀,影响它的应用范围。盐浴渗铬是种经济性好、操作简便的表面技术之一,能在材料表面获得硬度高、耐磨性好渗铬层;其中以B_2O_3为基盐的渗铬剂能获得硬度高、耐磨性好的渗层。因此,通过盐浴渗铬提升奥氏体不锈钢表面硬度和耐磨性具有重要意义。本文以B_2O_3为基盐,以310S奥氏体不锈钢为研究对象进行盐浴渗铬实验研究,所开展的工作和获得的重要成果如下:研究了三种还原剂(SiC型、B_4C型和Al型)对于310S不锈钢盐浴渗铬的效果影响。研究发现,SiC型试样表面未形成渗层,且试样表面被严重腐蚀,因为SiC并未参与还原反应,盐浴在高温环境下腐蚀了试样表面,同时通过计算得出了吉布斯自由能△G=170 KJ/mol;在B_4C型和Al型试样表面形成了渗铬层,主要由Cr_7C_3、Cr_3C_2、CrC和Fe(Cr,Ni)固溶相组成,经过测试渗层厚度分别为18.46μm和14.23μm,经计算吉布斯自由能分别为△G=-314.5 KJ/mol、△G=-480.99 KJ/mol,正向反应趋势强,经比较以B_4C作为还原剂渗铬效果最佳。研究了渗铬剂的配比对310S不锈钢渗铬的影响,着重研究了NaF/B_4C的比值对渗铬效果的影响。研究表明,6组试样表面都形成了渗层,主要由Cr_xC_y相构成,当NaF/B_4C的质量比小于2.2时,获得的渗铬效果良好,1-4号渗层厚度在30μm左右,5号与6号的渗层厚度分别为17.28μm和16.6μm,经过硬度测试显示,1-4号表面硬度均在2000HV以上,5号与6号的表面硬度分别是1782HV和1522HV,渗铬提高了310S不锈钢表面硬度7-11倍,经测试渗层与基体的结合力达61N;与基体相比,摩擦系数降低了38%,对比分析得出2号的渗铬效果最好;过高的NaF/B_4C的比值会影响渗铬效果,通过实验确定了NaF/B_4C为1.8是渗铬的最佳比值。研究了盐浴渗铬温度和时间对渗层的影响。研究结果表明,在不同盐浴处理温度和时间下,试样表面均形成了渗铬层;在相同的渗铬温度下,渗层厚度和试样表面硬度均随渗铬时间的增加而增加,在相同的渗铬时间时,渗层厚度和试样表面硬度均随温度的增加而增加,经渗铬处理后,试样表面硬度提高了7-11倍,经过计算得出铬原子的扩散激活能Q为223.9KJ/mol。研究了添加La_2O_3对于渗铬的影响,根据不同的La_2O_3添加量设计了4组实验。结果表明,添加La_2O_3进行盐浴渗铬后,试样表面硬度都很高,在2200HV以上,与未添加La_2O_3的实验组对比,渗层与基体的结合力提高了14%,达71N;试样表面组织更加细小,主要由不规则圆形颗粒组成,组织分布更加均匀致密,但过量的La_2O_3会阻碍渗层的生长,氧化腐蚀试样表面;分析镧元素参与渗铬的整个过程表明:镧元素参与了渗铬的整个过程。包括渗铬剂的分解、铬原子的扩散与吸附、铬原子的渗入;在渗铬过程中加速了渗铬剂的分解,充当了铬原子的“收集器”,加速铬原子的渗入,镧元素渗入基体表面会引起基体表面畸变,增加扩散通道,提升了渗铬的速度,并能够增加形核率、细化表面组织。但需要注意镧元素的添加量,否则会起到阻渗的作用。综合以上,本文研制出新型盐浴渗铬剂,并在奥氏体不锈钢上获得了高硬度、高界面结合力、高耐磨的渗铬层,为奥氏体不锈钢在更广泛领域的应用提供科学依据与基础技术支持。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG174.445
【部分图文】：

[12]。图1.1 不锈钢在2000-2013 年的消费量Fig.1.1 The consumption of stainless steel on 2000 to 2013

江 苏 大 学 专 业 硕 士 学 位 论 文航空的应用域的不锈钢需求量巨大，主要应用的是精密不锈钢航天航空领域的不断投入和研发，中国制造高性能飞这将会大幅增加对不锈钢的需求，不锈钢也会得到进一用来制造发动机的零部件，发动机排气管和火箭燃料锈钢做成的。同时航空飞行器的操作系统中也很常见簧、齿轮等零件常用不锈钢制成。如宇宙飞船应用了，不锈钢管应用于中国长征运载火箭（图 1.2）。

图 1.3 不锈钢在汽车上的运用图Fig.1.3 Application of stainless steel in automobile电力行业的应用的钝化膜阻止了化学介质与基体接触，增加了不锈钢的耐高温的耐高温腐蚀性能满足在电力行业特殊环境下的应用。核电工的发展方向，这一新领域需要大量的无缝不锈钢管，如锅炉管管对无缝不锈钢管需求量大，例如一台功率 60 万千瓦时的锅管，一座 60 万千瓦时的核电站要用 100t 的 U 形不锈钢管，未及，不锈钢会朝这一领域快速发展。水工业领域的应用管的自钝化性增加了它的耐腐蚀性能。不锈钢能与氧气发生化膜并阻止了基体被氧化，这就是不锈钢钝化现象。图 1.4 是接头。不锈钢是种健康、环保的材料，用不锈钢管输水既不会

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本文编号：2834855