Q235钢稀土催渗氮化的电化学行为研究

通过电化学方法测试了不同电解液中Cl^-离子浓度、温度以及pH值对稀土催渗Q235钢渗层的极化曲线的影响,分析了这3种因素对稀土催渗Q235钢渗氮层腐蚀性能的影响规律。结果表明,在中性、碱性溶液中,在室温下和一定Cl^-离子浓度下渗氮层具有良好的耐蚀性能,从而说明了稀土催渗渗氮层比常规渗氮层具有更优越耐腐蚀能力的基本原因。此外,分别对Q235钢稀土催渗渗氮层和常规渗氮层的组织结构进行了金相观测,表明稀土催渗渗氮层生成厚约28μm的晶粒细小,组织致密的白亮层,从而具有良好的耐蚀性和更高的硬度。     

稀土在35CrMoRE钢离子渗氮中的催渗作用

对３５ＣｒＭｏ、３５ＣｒＭｏＲＥ钢进行离子渗氮、发现稀土钢渗氮层硬度提高,层深加厚,稀土元素具有明显的催渗作用,应用稀土钢可以较好地达到深层,快速离子渗氮的目的。本文还探讨了稀土元素对离子渗氮过程的催渗作用,提出了气团－通道模型。     

稀土在离子渗氮中的氧化对催渗效果的影响

利用Ｘ射线衍射仪和扫描电镜研究了稀土催渗离子渗氮过程中,稀土与氧之间的作用对催渗效果的影响。结果表明：用新稀土块进行催渗时,稀土易与渗氮气氛中的氧结合,使气氛中的大部分氧被清除,大大削弱了氧对不参氮的阻碍作用,提高了渗速,稀土遥这种除氧作用是稀土催离子渗氮的又一重要原因,用过的旧稀土块催渗效果差,原因是在其表面形成了一怪厚的氧化物,使稀土的催渗作用不能充分发挥,若将这层氧化物剥去后再使用,稀土的催     

2Cr13不锈钢的稀土催渗循环离子渗氮工艺研究

对2Cr13不锈钢进行稀土催渗循环离子渗氮试验,并和常规离子渗氮进行对比研究.利用光学显微镜、显微硬度计、XRD、磨损机、扫描电镜及能谱仪对渗氮层进行分析.结果表明:稀土催渗循环离子渗氮工艺不仅能加快渗氮速度,提高耐磨性;而且可以使渗氮层的表面硬度提高、显微硬度梯度变得平缓,同时渗氮效果随循环次数增加而愈好.另外,还能优化2Cr13不锈钢渗氮层的相组成.扫描电镜结合能谱分析得知:添加到渗氮气氛中的纯稀土La存在于渗层中.既验证La的催渗效果,又说明La起到一定的微合金化作用.     

奥氏体不锈钢稀土催渗离子渗氮工艺研究

对304、316L奥氏体不锈钢采用不同氮一氢比的气氛,在不同温度和不同保温时间进行了离子渗氮和稀土催渗离子渗氮。结果表明,经580℃在氮一氢比为1：3的气氛中稀土催渗离子渗氮9h,304和316L钢的渗层深度分别为0．12mm和0．112mm,表面硬度达1000HV0．1左右,与常规离子渗氮工艺相比,渗氮时间缩短了1h。     

预氧化对不同离子渗氮工艺的影响

 利用光学显微镜、显微硬度计、XRD、SEM等分析了预氧化对40CrNiMo钢离子渗氮过程的影响。结果发现:在300℃氧化1 h的40CrNiMo试样,表面生成了厚0. 4～0. 7μm、以Fe₃O₄和Fe₂O₃为主的氧化层。在随后的540℃离子渗氮过程中,当渗氮时间较短（4 h）时,试样出现渗层浅、分布不均和硬度低等缺陷;但随着渗氮时间的延长（8 h）,预氧化表现出了一定的催渗效果,同时渗层中脉状氮化物减少;当渗氮时间延长至16 h时,预氧化的催渗效果更加显著,但渗层的疏松有所增加。     

稀土催渗离子渗氮机理的研究

用透射电镜研究了稀土催渗离子渗氮层的微观结构。结果表明,稀土催渗可使γ相晶粒细化,晶界面缺陷增加;稀土的加入,增加了离子轰击效应,可使γ相内空位、位错环和堆垛层错等晶体缺陷的数量增加,可在表面０．０８ｍｍ厚度的扩散层铁素体内产生高密度位错。大量晶体缺陷的产生是稀土加速离子渗氮过程中氮扩散的主要原因。     

富铈稀土加入量对离子渗氮催渗效果的影响

以40CrNiMo钢和38CrMoAl钢为研究对象,在保证其它工艺条件不变的情况下,通过添加不同量的富铈稀土,分析了渗氮层深度、硬度及微观组织,揭示稀土含量与离子渗氮催渗效果的对应关系。结果表明:富铈稀土对40CrNiMo钢和38CrMoAl钢的催渗效果与稀土放入量成抛物线关系:催渗效果随着富铈稀土加入量的增加先提高而后降低;并且适量富铈稀土的加入,可有效降低40CrNiMo和38CrMoAl钢渗氮层中白亮层的厚度及脉状渗氮物的数量。     

离子渗氮前预氧化催渗作用及机理

研究了预氧化对42CrMo钢离子渗氮的催渗作用及机理。采用光学显微镜、显微硬度计、XRD、SEM和接触角测量仪研究了渗氮层厚度、渗氮层物相、预氧化后表面形貌和表面自由能。结果表明,预氧化对离子渗氮具有明显的催渗作用,在300℃预氧化30 min后进行离子渗氮(500℃、4 h),化合物层厚度达到15μm,是不经预氧化处理的传统离子渗氮化合物层厚度的2倍以上;有效扩散层厚度达到最大值570μm,明显高于传统离子渗氮的有效扩散层厚度。研究还表明,300℃预氧化30 min后表面产生了大量纳米级氧化物颗粒和微裂纹、孔洞,同时接触角最小、表面自由能最大,离子渗氮阶段氧化物可以有效地转化为氮化物。由此推测预氧化催渗机理可能是表面纳米级氧化物颗粒和微裂纹、孔洞的形成,一方面有利于活性氮原子的吸附,从而促进化合层的形成,另一方面为氮原子提供的扩散通道,有利于扩散层的增加。     

预氧化对离子渗氮的影响

通过直接向离子渗氮炉通入空气的方法,首次研究预氧化对42Cr Mo钢离子渗氮的作用。采用金相显微镜、显微硬度计、XRD研究了渗氮层厚度和渗氮层物相。结果表明,预氧化对离子渗氮具有明显的催渗作用,在300℃预氧化30 min后进行离子渗氮(500℃×4 h),化合物层厚度达到15μm,是不经预氧化处理的传统离子渗氮化合物层厚度的2倍以上;有效扩散层厚度达到最大值570μm,明显高于传统离子渗氮的有效扩散层厚度。     

渗扩时间比对AISI 316不锈钢渗氮层组织与性能的影响

采用真空两段渗氮工艺,在不同的强渗、扩散时间下对AISI 316不锈钢进行渗氮处理,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)、显微硬度测试和摩擦磨损试验等分析了渗氮层的组织和性能。结果表明,经过12 h的真空渗氮后,AISI 316不锈钢表面形成了一层由γ′-Fe₄N、ε-Fe_2-3N和CrN等相组成的渗氮层,其表面硬度和耐磨性能相较于基体均有明显的提高。其中,渗扩时间比为1∶1(强渗6 h、扩散6 h)时的渗层厚度约为96 μm,表面硬度约为1069 HV0.5,是基体表面硬度的4.5倍,在20 N载荷下的磨损量约为基体的1/3;渗扩时间比为1∶2(强渗4 h、扩散8 h)时的渗层厚度约为120 μm,ε-Fe_2-3N相衍射峰增强,在20 N载荷下的磨损量约为基体的1/30。延长扩散时间能增加渗氮层厚度,改善表面形貌,进一步提高不锈钢的耐磨性。     

离子渗氮温度对Fe-C-Cr-Ni-Mn-V沉淀硬化型奥氏体不锈钢渗层组织和性能的影响

采用离子渗氮工艺对一种Fe-C-Cr-Ni-Mn-V沉淀硬化型奥氏体不锈钢进行表面改性处理。利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、电子探针显微分析仪(EPMA)和维氏硬度计对不同离子渗氮温度下渗层的组织和性能进行了研究。结果表明,Fe-C-Cr-Ni-Mn-V沉淀硬化型奥氏体不锈钢经430~520 ℃离子渗氮处理10 h后,试样表面均形成一层厚度均匀的渗氮层,表面硬度显著增大。随着离子渗氮温度的升高,渗层厚度增大,520 ℃渗氮时渗层厚度达到78 μm。当渗氮温度为430 ℃时,渗层表面主要由γ_N+CrN+γ′-Fe₄N相组成;当渗氮温度升高至520 ℃时,渗层表面主要由γ′-Fe₄N+CrN+ε-Fe_2-3N相组成。在3种渗氮温度下,渗层中均有CrN析出,导致渗层耐蚀性低于基体组织。     

40Cr钢循环离子渗氮工艺及渗层硬度研究

目的探索循环离子渗氮与常规恒温离子渗氮技术的工艺效果。方法先对试样进行调质处理,分组进行离子渗氮,固定氨气和乙醇的流量,改变渗氮时间和渗氮温度两种工艺参数及渗氮工艺,分别测定渗氮后各试样的表面硬度及渗层厚度,观察其金相组织,并分析每组试样渗氮层的性能。结果循环离子渗氮530 6 h℃试样的表面硬度最高,随着渗氮温度的升高和渗氮时间的延长,试样的表面硬度增加,但是当温度超过530℃、时间超过6 h后,试样的表面硬度反而降低。循环渗氮550 10 h℃试样的渗层厚度最厚,随着渗氮温度的升高和渗氮时间的增加,试样的渗层厚度变厚,但时间超过6 h后,渗层厚度的增加较缓慢,6、8、10 h试样的渗层厚度差别不大。相同的渗氮温度下,循环渗氮6 h的试样的渗层厚度基本与常规恒温渗氮10 h试样的渗层厚度一样,相同渗氮时间内,循环渗氮510℃的试样的表面硬度高于恒温渗氮550℃试样的表面硬度,且两者的渗层厚度相差不多。结论循环离子渗氮工艺优于常规的恒温离子渗氮,循环离子渗氮550 8 h℃试样的综合性能最好。     

35CrMoA激光淬火/渗氮层耐蚀性研究

对35CrMoA钢进行激光淬火一渗氮复合处理,采用XRD、SEM、TEM及M352腐蚀系统研究了激光淬火/渗氮层的组织、相组成、耐蚀性能,并与气体渗氮层对比.结果表明,两种渗氮层均由ε相、γ'相及Cr_2N相组成.激光淬火/渗氮白亮层中ε-Fe_3N含量较高,而脆硬的ζ-Fe_2N相及Fe_2O_3含量较低,白亮层厚度由气体渗氮层的25μm降为激光淬火/渗氮的12μm,其致密度增加;激光淬火/渗氮层中E_(corr)值较气体渗氮的提高,自腐蚀电流由气体渗氮的57.68 μA/cm~2减小到激光/渗氮的3.166 μA/cm~2,其耐蚀性提高.     

3Cr13钢450℃不同气氛等离子体渗氮层表征

对3Cr13钢在450 ℃氨气和氨氮混合气氛中分别渗氮4、8和12 h后的渗氮层进行了对比。利用光学显微镜、显微硬度计、X射线衍射仪、电化学工作站对渗氮层截面显微组织、显微硬度、相组成以及耐蚀性进行了表征。氨气渗氮层由化合物层和白亮层组成,而氨气和氮气混合气氛渗氮层中没有出现白亮层。氨气渗氮12 h后,渗氮层的表面硬度为1050.0 HV0.05;表面化合物层主要相为ε-Fe_2-3N,次要相为γ′-Fe₄N,出现了少量的CrN,白亮层相组成为γ′-Fe₄N;渗氮后极化曲线钝化区变宽,自腐蚀电流密度减小,耐蚀性提高。氨氮混合气氛渗氮12 h后,渗层的表面硬度为998.0 HV0.05;气氛中N浓度升高,渗氮8 h后CrN含量增加,次要相由氨气渗氮8 h的γ′-Fe₄N变为CrN;随着渗氮时间延长至12 h,渗层的自腐蚀电流密度降低,钝化区略有变宽,耐蚀性略有提高。     

盐浴渗氮处理对FeCrMnNiAl0.2Ti0.1高熵合金组织及性能的影响

采用盐浴渗氮的化学热处理方法对FeCrMnNiAl_0.2Ti_0.1高熵合金进行表面强化,主要工艺为预热+盐浴渗氮+氧化,研究渗氮温度对渗层和性能的影响。采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪研究不同渗氮温度下高熵合金的组织结构和物相,利用显微硬度计和W-2000摩擦磨损试验机分别测量硬度和耐磨性。结果表明,经过盐浴渗氮后,高熵合金表面形成含氮化物和氧化物的复合渗层,渗氮层深度最高为27.1 μm,硬度最高可达1080.0 HV0.2。盐浴渗氮可以有效提高高熵合金的耐磨性,改善摩擦学行为,640 ℃渗氮试样的磨损率仅为0.025 mm³/(N·m),与铸态相比降低了约76.7%。     

双电源低温渗氮工艺在316不锈钢上的应用

通过正交试验研究了交流脉冲电压、直流脉冲偏压和温度对316不锈钢表面硬度和渗层厚度的影响,获得了双电源低温渗氮最佳工艺参数。通过光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、电化学工作站以及摩擦磨损试验机等研究了最佳工艺下渗氮试样的性能。结果表明,影响渗氮试样性能因素的顺序为:交流脉冲电压＞温度＞直流脉冲偏压。最佳工艺参数为交流脉冲电压360 V,直流脉冲偏压270 V,温度380 ℃。对最佳工艺制备的试样与单电源进行对比:渗层厚度为43.4 μm,是单电源的8.5倍;表面硬度为1350 HV0.025,是单电源的3.1倍;自腐蚀电位由－256 mV(vs SCE,下同)提高到－180 mV;自腐蚀电流密度从13.90 μA/cm² 降低到0.45 μA/cm²;摩擦因数从0.55降低到0.42。双电源渗氮速率的提高是由于高能离子轰击引起的表面结构缺陷和渗氮气体的高度离解。     

High resolution electron microscopy characterization of nitrides of iron and iron alloys

A study of nitride-phase formation in alloys nitrided by glow discharge plasma nitriding was performed by high-resolution electron microscopy. The iron and steel samples were nitrided above and below the eutectoid transformation point (590 ‡C). After nitriding, the samples were annealed for several treatment times at 400 ‡C. The microstructure and identification of the iron nitrided phases formed by nitriding and annealing were investigated by x-ray diffraction (XRD), optical microscopy (OM) and mainly high resolution electron microscopy (HREM) in a JEOL-4000EX high resolution microscope at 400 kV. The results of the characterization show a surface ε compact nitride layer, which is transformed into ε + γ during cooling. The tempering process affects the surface hardness of the samples. After an initial increase relative to the untreated sample, the microhardness diminishes after long treatment times. This behavior is correlated with the αt’’ phase appearance, growth, and transformation.     

等离子体渗氮气压对合金钢渗氮层微观结构和性能的影响

目的 选择M50NiL钢（高合金钢）和AISI 4140钢（低合金钢）2种合金钢,研究渗氮气压对合金钢等离子体渗氮层组织结构、渗层厚度、硬度、韧性和摩擦磨损性能的影响规律。方法 根据离子渗氮GB/T30883—2017,在0～500 Pa渗氮气压范围内选择170、250、350 Pa 3个渗氮气压进行等离子体渗氮,研究渗层微观结构和性能。结果 对于M50NiL和AISI 4140两种合金钢,350 Pa时渗层厚度均最大,170 Pa次之,250 Pa厚度最小。M50NiL钢在350 Pa渗氮和AISI 4140钢在170 Pa渗氮时,表面层具有最优的强韧性。摩擦磨损性能显示,170 Pa和350 Pa气压渗氮的摩擦磨损性能明显优于250 Pa气压渗氮,其中磨损率规律与渗氮层的韧性值测试结果吻合。结论 气压影响了氮离子的能量和分布,从而影响了渗层厚度,钢中的合金元素含量和气压共同影响表面强韧化效果,并且表面强韧化效果直接影响渗氮层的摩擦磨损性能。