4Cr13不銹鋼Nb改性層摩擦磨損及高溫氧化性能研究.pdf

1、4Cr13馬氏體不銹鋼因其具有一定的硬度、耐腐蝕性及抗高溫氧化性能，通常應(yīng)用于油泵、閥門軸承、醫(yī)療器械、彈簧等零件。但這類鋼的耐磨性與一般高強(qiáng)度合金鋼相比仍然存在較大的差距，并且當(dāng)環(huán)境溫度超過900℃以上時(shí)氧化較為嚴(yán)重，從而大大限制了這類鋼在摩擦磨損及高溫環(huán)境中的使用和發(fā)展。
　　 本課題采用雙輝等離子表面冶金技術(shù)對(duì)4Cr13馬氏體不銹鋼表面進(jìn)行等離子滲Nb處理，通過研究等離子合金化溫度對(duì)Nb合金層表面形貌、成分、相組成及硬度的

2、影響，對(duì)合金層形成機(jī)制進(jìn)行了研究，同時(shí)分析了不銹鋼滲Nb前后的摩擦磨損性能和抗高溫氧化性能，并對(duì)其摩擦磨損和高溫氧化機(jī)理進(jìn)行了探討。研究結(jié)果表明:
　　 (1)采用雙輝等離子表面冶金技術(shù)可在4Cr13不銹鋼表面制備組織均勻致密并與基體冶金結(jié)合的Nb合金層，合金層主要由Nb2C、NbC、Fe2Nb、Cr2Nb及Nb組成。不銹鋼經(jīng)900℃、950℃和1000℃滲Nb后形成的表面合金層厚度分別為7μm、13μm和7μm，并且表面粗糙度

3、隨著滲Nb溫度增加而增加。滲Nb溫度的升高對(duì)應(yīng)Nb靶和試樣電壓的增加，即在增加合金化元素Nb的濺射量及擴(kuò)散速度的同時(shí)，試樣表面反濺射作用也隨之增強(qiáng)，Nb元素在試樣表面的吸附量與反濺射之間相互作用導(dǎo)致在不同溫度形成的合金層組織有所不同。
　　 (2)4Cr13不銹鋼滲Nb后表面硬度較基材有明顯提高。1000℃滲Nb后表面硬度高達(dá)約985 HV0.025，900℃和950℃滲Nb后試樣表面硬度約758HV0.025和698 HV0.

4、025，比基體硬度增加了390HV0.025以上。Nb碳化物的形成是表面硬度提高的主要因素。
　　 (3)4Cr13不銹鋼經(jīng)不同溫度滲Nb后的摩擦系數(shù)均在0.35-0.6之間，而基體的摩擦系數(shù)為0.8左右;900℃、950℃和1000℃滲Nb試樣的比磨損率分別為基材的1/14、1/2和1/60，表現(xiàn)出良好的耐磨和減摩性能。合金層中硬質(zhì)碳化物的析出以及摩擦過程中產(chǎn)生的氧化物所起的固體潤(rùn)滑作用是滲Nb合金層減摩的主要原因，而合金層中

5、碳化物的彌散強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化使其耐磨性顯著提高。
　　 (4)4Cr13不銹鋼滲Nb后在900℃空氣中的抗高溫氧化性能較未處理基材有所提高。900℃、950℃和1000℃滲Nb試樣氧化100h后的增重分別是15.32 mg·cm-2、16.32 mg·cm-2和7.53 mg·cm-2，較基材增重(19.60 mg·cm-2)均有所減少。滲Nb不銹鋼形成的氧化膜表面平整，組織均勻。900℃和950℃滲Nb試樣表面氧化膜由Fe2O