低壓電弧等離子體滲氮奧氏體不銹鋼的研究.pdf

1、奧氏體不銹鋼由于具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，廣泛應(yīng)用于核反應(yīng)堆、化學(xué)和石化加工、人體生物假體、食品加工、海洋工程及廚房用具等。但是奧氏體不銹鋼存在硬度低、耐磨性差等問題，而且還不能通過相變進(jìn)行強(qiáng)化，限制了其在涉及摩擦磨損工況的工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。離子滲氮是一種有效提高奧氏體不銹鋼硬度和增強(qiáng)耐磨性的方法，為了避免CrN析出物的形成，惡化其耐腐蝕性能，一般都在低于450℃下進(jìn)行滲氮處理，在這一溫度下滲氮效率很低，難以滿足實際應(yīng)用需求。低壓電弧等離子體

2、滲氮(LPA-PN)技術(shù)是一種在相對高真空條件下(低至0.4-4 Pa)，利用氣體弧光放電進(jìn)行的氮化處理工藝。該技術(shù)具有等離子體密度高，滲氮效率高特點，但是其對奧氏體不銹鋼滲氮后的結(jié)構(gòu)及性能還缺乏系統(tǒng)深入的研究。本文采用LPA-PN技術(shù)對奧氏體不銹鋼進(jìn)行表面滲氮處理，對滲氮層的組織結(jié)構(gòu)、耐磨、耐腐蝕性能及其機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，為該技術(shù)在奧氏體不銹鋼滲氮處理方面的應(yīng)用提供理論支持。
　　研究了工藝參數(shù)對滲層的相結(jié)構(gòu)、滲氮動力學(xué)、顯

3、微硬度的影響，結(jié)果表明，對奧氏體不銹鋼進(jìn)行LPA-PN能得到兩種滲氮層相，溫度高于430℃時生成氮化物相，主要成分為氮化鐵和少量的氮化鉻;滲氮溫度在430℃以下時形成擴(kuò)張奧氏體相(γN)，N含量大約為20 at.％。γN相顯微硬度可達(dá)1000 HV，超過基體硬度的4倍，且形成速率非?？欤琇PA-PN處理304奧氏體不銹鋼1h可獲得30μm厚γN相滲氮層。這種高硬度的γN相滲氮層具有由納米晶外表層和粗晶內(nèi)層組成的雙層結(jié)構(gòu)。滲氮氣氛（氬氣和

4、氮氣比）和電弧電流大小對滲氮層相組成沒有明顯的影響。
　　對滲氮層耐磨性能進(jìn)行了綜合分析，結(jié)果表明，滲氮層能大幅提高奧氏體不銹鋼的耐磨性能。γN相在摩擦過程中發(fā)生了氧化反應(yīng)，結(jié)合磨痕的微觀形貌特征，γN相磨損機(jī)制為磨粒磨損和氧化磨損。
　　采用腐蝕電化學(xué)和XPS分析方法對滲氮層進(jìn)行了腐蝕學(xué)性能的研究。通過對動電位極化曲線和極化后樣品表面形貌的分析，發(fā)現(xiàn)γN相滲氮層耐點蝕腐蝕性能得到大幅提高。原始不銹鋼鈍化膜呈現(xiàn)出單容抗弧特征