316L奥氏体不锈钢低温等离子体渗氮与性能研究
发布时间：2021-02-04 13:49
AISI316L不锈钢具有优异的耐腐蚀性能、生物相容性、较高的韧塑性等优异性能,被广泛应用于各行各业。但AISI 316L不锈钢的耐磨性能差,硬度低,严重影响了其在有摩擦磨损工况中的使用,而且由于其基体结构为奥氏体,无法用传统的淬火、调质、相变强化等技术进行硬化处理,影响了不锈钢零部件的使用寿命,限制了材料性能的发挥。低温等离子渗氮利用辉光放电产生的等离子体,高速的氮、氢正离子对工件表面进行轰击,将活性氮原子渗入材料表面,是强化奥氏体钢表面性能的一种技术,属于化学热处理技术。渗入材料中的氮与基体中的Fe等元素形成氮化物,氮化物具有很高的热稳定性、弥散度以及硬度,进而将材料的力学性能大幅提高。本论文采用低温等离子渗氮技术对AISI316L奥氏体不锈钢表面进行处理,研究比表面积对316L奥氏体不锈钢低温辉光等离子渗氮层组织和耐磨性及耐蚀性的影响。结果表明:经380℃低温辉光等离子渗氮处理12h后,AISI316L不锈钢试样表层获得了渗氮层,结合金相及EPMA分析,外径相同的圆环,当比表面积为0.3cm2kg-1时,试样渗氮后渗氮层中N元素分布均匀...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Fe-N二元相图[37]
硕士学位论文9结合图1.1及表1.2可以看出，Fe和N主要可以形成五种相[39]：α相，以铁素体为基体，氮原子为间隙原子的固溶体，也叫含氮铁素体，其晶体结构为体心立方结构，在590℃时具有最大的固溶度，约为0.1%。γ相，以奥氏体为基体，氮原子为间隙原子的固溶体，也叫含氮奥氏体，其晶体结构为面心立方结构。γ相在共析温度以上形成，共析点的含氮量为2.35%，650℃时具有最大溶解度(2.8%)。γ′相，以化合物Fe4N为基体的固溶体，其晶体结构为面心立方结构，氮固溶度在5.6%~6.1%之间，具有铁磁性，硬度高。γ′相在680℃以上分解。ε相，以化合物Fe2-3N为基体的固溶体，其晶体为秘设密排六方结构，氮固溶度在4.55%~11%之间，脆性大，但是硬度高，且耐腐蚀性好。ζ相，以化合物Fe2N为基体的固溶体，其晶体结构为斜方晶体结构，氮固溶度区间为11.1%~11.35%，其脆性大，超过500℃后将发生相变，转变成ε相。此外，渗氮过程中也可能会形成亚稳态的α′氮化物(Fe16N2或Fe8N)，具有体心立方结构，氮含量为2.95%。
316L不锈钢低温等离子体渗氮与性能研究101.4不锈钢低温等离子渗氮技术1.4.1不锈钢低温渗氮技术简介传统的渗氮都在高温下（>500℃）完成，虽然提高了不锈钢零件的表面硬度和耐磨性，但是导致的负面结果是CrN相的析出，造成基体贫Cr，不锈钢耐蚀性下降。1985年Zhang和Bell对AISI316不锈钢在400℃进行低温等离子渗氮，在不锈钢表面得到一种新相如图1.2所示，并指出新相硬度高且具有和原材料相同的耐蚀性能[40]。不久Ichii[41]等也在400℃进行的低温渗氮得到了这种相，通过XRD，他们发现新相的峰与γ-Fe相比，向低角度移动。由于这种峰在ASTM指数中没有被列出来，Ichii把这些峰标记成S1-S5，如图1.3所示，并称这层新相为“S-Phase”，因此便有了S相这一名称。很快对S相的研究在国际上引起了科研学者的广泛兴趣，大量关于S相结构、制备工艺参数和应用的研究开始展开。S相从此成为表面工程研究领域的一个热点。低温等离子渗氮，它利用辉光放电产生等离子体，在等离子体强电场作用下，高速的氢、氮正离子对工件表面进行轰击，氮将渗入工件表面，形成渗氮层。其具有很高的弥散度、硬度、热稳定性，因而材料的力学性能将得到较大提高。低温辉光等离子渗氮，经过近20多年应用研究，该技术在欧美日等国家已经成功地应用于工业化生产。国内开展奥氏体不锈钢低温辉光等离子渗氮研究的主要有大连理工大学和青岛科技大学等。图1.2AISI316不锈钢表面的新相Fig.1.2newphaseofAISI316stainlesssteelsurface
【参考文献】：
期刊论文
[1]氢氮比对奥氏体不锈钢低温离子渗氮性能的影响[J]. 吴梦泽,李烈军,彭继华. 材料热处理学报. 2018(09)
[2]不锈钢低温渗氮/渗碳S相渗层技术的研究进展[J]. 孙金全,崔洪芝,赫庆坤,刘赞,陶鹏,阎璐. 热处理技术与装备. 2013(06)
[3]304不锈钢低温离子渗氮和氮碳共渗工艺[J]. 马胜歌,郭元元,周祎,张以忱. 金属热处理. 2011(04)
[4]低温离子渗氮时间对304不锈钢渗层的影响[J]. 周祎,龙发进,康光宇,李鑫鸿,马胜歌. 金属热处理. 2007(11)
[5]直流等离子氮化工艺对316L不锈钢组织和磨损的影响[J]. 黎桂江,彭倩,李聪,王莹,高见,陈蜀源,王均,沈保罗. 上海金属. 2007(06)
[6]304不锈钢离子渗氮工艺研究[J]. 田华,石江龙,杨威. 热处理. 2007(04)
[7]离子渗氮新技术的研究现状[J]. 龙发进,周祎,康光宇,李鑫鸿,耿漫. 热加工工艺. 2007(06)
[8]不锈钢等离子体源离子渗氮-多弧离子镀膜复合技术[J]. 苟伟,李国卿,柳翠,王亮. 材料热处理学报. 2004(04)
[9]脉冲等离子体渗氮设备推广及应用[J]. 周磊. 中国经贸导刊. 2001(19)
[10]奥氏体不锈钢低温渗氮层的组织与耐磨性[J]. 王亮,许晓磊,许彬,于志伟,黑祖昆. 摩擦学学报. 2000(01)
博士论文
[1]低压电弧等离子体渗氮奥氏体不锈钢的研究[D]. 杨文进.中国科学技术大学 2017
硕士论文
[1]几种不锈钢低温等离子体渗氮技术研究[D]. 王资龙.兰州理工大学 2019
[2]奥氏体不锈钢气体渗氮及耐磨耐蚀性能研究[D]. 陈洋洋.山东科技大学 2018
[3]奥氏体不锈钢离子渗N及离子渗N/镀CrN组织性能研究[D]. 胡秋晨.兰州理工大学 2018
[4]304奥氏体不锈钢低温等离子体氮化及耐磨性能研究[D]. 明悦.东北大学 2013
[5]2Cr13钢等离子体稀土氮碳共渗工艺探索与组织性能研究[D]. 李明辉.哈尔滨工业大学 2011
[6]氮对316L奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能影响的研究[D]. 张丽琴.武汉科技大学 2009
本文编号：3018412
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Fe-N二元相图[37]
硕士学位论文9结合图1.1及表1.2可以看出，Fe和N主要可以形成五种相[39]：α相，以铁素体为基体，氮原子为间隙原子的固溶体，也叫含氮铁素体，其晶体结构为体心立方结构，在590℃时具有最大的固溶度，约为0.1%。γ相，以奥氏体为基体，氮原子为间隙原子的固溶体，也叫含氮奥氏体，其晶体结构为面心立方结构。γ相在共析温度以上形成，共析点的含氮量为2.35%，650℃时具有最大溶解度(2.8%)。γ′相，以化合物Fe4N为基体的固溶体，其晶体结构为面心立方结构，氮固溶度在5.6%~6.1%之间，具有铁磁性，硬度高。γ′相在680℃以上分解。ε相，以化合物Fe2-3N为基体的固溶体，其晶体为秘设密排六方结构，氮固溶度在4.55%~11%之间，脆性大，但是硬度高，且耐腐蚀性好。ζ相，以化合物Fe2N为基体的固溶体，其晶体结构为斜方晶体结构，氮固溶度区间为11.1%~11.35%，其脆性大，超过500℃后将发生相变，转变成ε相。此外，渗氮过程中也可能会形成亚稳态的α′氮化物(Fe16N2或Fe8N)，具有体心立方结构，氮含量为2.95%。
316L不锈钢低温等离子体渗氮与性能研究101.4不锈钢低温等离子渗氮技术1.4.1不锈钢低温渗氮技术简介传统的渗氮都在高温下（>500℃）完成，虽然提高了不锈钢零件的表面硬度和耐磨性，但是导致的负面结果是CrN相的析出，造成基体贫Cr，不锈钢耐蚀性下降。1985年Zhang和Bell对AISI316不锈钢在400℃进行低温等离子渗氮，在不锈钢表面得到一种新相如图1.2所示，并指出新相硬度高且具有和原材料相同的耐蚀性能[40]。不久Ichii[41]等也在400℃进行的低温渗氮得到了这种相，通过XRD，他们发现新相的峰与γ-Fe相比，向低角度移动。由于这种峰在ASTM指数中没有被列出来，Ichii把这些峰标记成S1-S5，如图1.3所示，并称这层新相为“S-Phase”，因此便有了S相这一名称。很快对S相的研究在国际上引起了科研学者的广泛兴趣，大量关于S相结构、制备工艺参数和应用的研究开始展开。S相从此成为表面工程研究领域的一个热点。低温等离子渗氮，它利用辉光放电产生等离子体，在等离子体强电场作用下，高速的氢、氮正离子对工件表面进行轰击，氮将渗入工件表面，形成渗氮层。其具有很高的弥散度、硬度、热稳定性，因而材料的力学性能将得到较大提高。低温辉光等离子渗氮，经过近20多年应用研究，该技术在欧美日等国家已经成功地应用于工业化生产。国内开展奥氏体不锈钢低温辉光等离子渗氮研究的主要有大连理工大学和青岛科技大学等。图1.2AISI316不锈钢表面的新相Fig.1.2newphaseofAISI316stainlesssteelsurface
【参考文献】：
期刊论文
[1]氢氮比对奥氏体不锈钢低温离子渗氮性能的影响[J]. 吴梦泽,李烈军,彭继华. 材料热处理学报. 2018(09)
[2]不锈钢低温渗氮/渗碳S相渗层技术的研究进展[J]. 孙金全,崔洪芝,赫庆坤,刘赞,陶鹏,阎璐. 热处理技术与装备. 2013(06)
[3]304不锈钢低温离子渗氮和氮碳共渗工艺[J]. 马胜歌,郭元元,周祎,张以忱. 金属热处理. 2011(04)
[4]低温离子渗氮时间对304不锈钢渗层的影响[J]. 周祎,龙发进,康光宇,李鑫鸿,马胜歌. 金属热处理. 2007(11)
[5]直流等离子氮化工艺对316L不锈钢组织和磨损的影响[J]. 黎桂江,彭倩,李聪,王莹,高见,陈蜀源,王均,沈保罗. 上海金属. 2007(06)
[6]304不锈钢离子渗氮工艺研究[J]. 田华,石江龙,杨威. 热处理. 2007(04)
[7]离子渗氮新技术的研究现状[J]. 龙发进,周祎,康光宇,李鑫鸿,耿漫. 热加工工艺. 2007(06)
[8]不锈钢等离子体源离子渗氮-多弧离子镀膜复合技术[J]. 苟伟,李国卿,柳翠,王亮. 材料热处理学报. 2004(04)
[9]脉冲等离子体渗氮设备推广及应用[J]. 周磊. 中国经贸导刊. 2001(19)
[10]奥氏体不锈钢低温渗氮层的组织与耐磨性[J]. 王亮,许晓磊,许彬,于志伟,黑祖昆. 摩擦学学报. 2000(01)
博士论文
[1]低压电弧等离子体渗氮奥氏体不锈钢的研究[D]. 杨文进.中国科学技术大学 2017
硕士论文
[1]几种不锈钢低温等离子体渗氮技术研究[D]. 王资龙.兰州理工大学 2019
[2]奥氏体不锈钢气体渗氮及耐磨耐蚀性能研究[D]. 陈洋洋.山东科技大学 2018
[3]奥氏体不锈钢离子渗N及离子渗N/镀CrN组织性能研究[D]. 胡秋晨.兰州理工大学 2018
[4]304奥氏体不锈钢低温等离子体氮化及耐磨性能研究[D]. 明悦.东北大学 2013
[5]2Cr13钢等离子体稀土氮碳共渗工艺探索与组织性能研究[D]. 李明辉.哈尔滨工业大学 2011
[6]氮对316L奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能影响的研究[D]. 张丽琴.武汉科技大学 2009
本文编号：3018412
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3018412.html
教材专著
