304奥氏体不锈钢低气压离子渗氮组织与性能研究

在400℃、低气压下对304奥氏体不锈钢进行低温低压离子渗氮处理。采用扫描电镜、显微硬度计及万能摩擦试验机对表面改性后的304奥氏体不锈钢渗层组织、硬度及耐磨性进行了测试和分析。结果表明:304奥氏体不锈钢低温低气压渗氮形成了明显的白亮层;低气压对304奥氏体不锈钢离子渗氮具有良好的催渗效果,即渗层厚度随气压的减小而增加,在100 Pa条件下,渗层厚度达到最大值51.7μm;渗氮后试样表面硬度达到最大值1100 HV0.01;低温低气压离子渗氮能够提高304奥氏体不锈钢耐磨性,80 Pa和100 Pa是提高304奥氏体不锈钢耐磨性的最佳气压。     

气压对304奥氏体不锈钢低温离子渗氮组织与性能影响

在400℃、8 h、不同气压(80~400 Pa)条件下对304奥氏体不锈钢进行离子渗氮处理。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪、显微硬度计及万能摩擦试验机对表面改性后的304奥氏体不锈钢渗层组织、相结构、渗层硬度以及耐磨性进行了测试和分析。结果表明,400℃离子渗氮处理后304奥氏体不锈钢形成了明显的白亮层,即单相S相层;低压对304奥氏体不锈钢离子氮化具有良好的催渗效果,即渗层厚度随气压的减小而增加,在100 Pa条件下,渗层厚度达到最大值51.7μm;渗氮后试样表面硬度达到最大值1100 HV0.01;低温低压离子渗氮能够提高304奥氏体不锈钢耐磨性,80 Pa和100 Pa是提高304奥氏体不锈钢耐磨性的最佳气压。     

钛催渗低温离子渗氮对304不锈钢组织性能的影响

目的 在保障304奥氏体不锈钢良好耐蚀性前提下,研发显著改善表层硬度及耐磨性的低温高效离子渗氮技术。方法 低温离子渗氮时,在试样周围均匀放置微量海绵钛,研发304奥氏体不锈钢创新钛催渗低温离子渗氮技术。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪、X射线粉末衍射仪、显微维氏硬度计、摩擦磨损测试仪,以及电化学工作站等设备分别对试样截面显微组织、物相及成分、截面显微硬度、渗层耐磨性能、耐蚀性能等渗层组织性能进行测试与分析。结果 304奥氏体不锈钢在420 ℃/4 h钛催渗离子渗氮处理后,不仅保持了良好耐蚀性,且渗层耐蚀性比常规低温离子渗氮略有提升,同时,表面硬度与耐磨性大幅提高,表面硬度由常规离子渗氮的978HV0.025提升至1350HV0.025。磨损率由20.9 μg/(N.m)降低至7.4 μg/(N.m),下降了约2/3。特别有价值的是,钛催渗低温离子渗氮效率比传统离子渗氮显著提升,渗氮层厚度由常规离子渗氮的11.37 μm增厚到48.32 μm,即渗氮效率提高到常规离子渗氮的4倍以上。结论 本研究研发的钛催渗低温离子渗氮技术在保障304奥氏体不锈钢优良耐蚀性的同时,能够大幅度提升不锈钢表面硬度及耐磨性能,且具有显著的催渗效果。     

温度对AISI304奥氏体不锈钢离子渗氮的影响

对AISI304奥氏体不锈钢进行脉冲电流辉光离子渗氮处理,在不同处理温度(480 ℃、520 ℃、580 ℃)下渗氮8 h后,获得了一定厚度的渗氮层.通过对渗层进行金相分析和硬度测试表明,随着渗氮温度升高,渗层厚度增大,显微硬度先增大后减小.综合温度对渗层厚度与显微硬度的影响,AISI304奥氏体不锈钢卡套辉光离子渗氮温度可采用520 ℃,渗氮后渗层厚度为90 μm,显微硬度为1317 HV0.1.     

离子渗氮和固溶复合处理制备深层含氮奥氏体不锈钢

目的 通过离子渗氮和固溶复合处理制备深层含氮奥氏体不锈钢,获得硬度、耐蚀性和耐磨性等综合性能优良的奥氏体不锈钢。方法 将304奥氏体不锈钢试样放在LD-8CL型直流等离子体渗氮炉内,在400 Pa下进行560 ℃、4 h的离子渗氮处理,渗氮后进行1050 ℃、8 h的固溶处理。使用HXD-1000TMC型显微硬度计、DMI-3000M型金相显微镜、D/max-2500型X射线衍射仪（XRD）、Thermo250XI型X射线光电子能谱仪（XPS）、CS 350电化学测量系统和万能摩擦磨损试验机,对经过复合处理的304不锈钢的截面硬化梯度、截面组织、物相、表面成分、耐蚀性和耐磨性进行研究分析,验证此复合处理对获得硬度高、耐蚀性和耐磨性好等综合性能优良的奥氏体不锈钢的适用性。结果 经过复合处理,不锈钢表面的氮原子数分数为1.56 %,且为单一奥氏体相?N。?N所对应的衍射峰相对于不锈钢基体向左偏移,有效硬化层深达1.0 mm,不锈钢的表面硬度从基体的210HV0.025提高到308HV0.025。不但提高了深层含氮奥氏体不锈钢的耐磨性,而且提高了不锈钢的耐蚀性,腐蚀电位从基体的-0.534 V提高到-0.422 V,摩擦系数由基体的0.8降到0.7。结论 离子渗氮和固溶复合处理适用于制备综合性能优良的深层含氮奥氏体不锈钢。工艺设计时,可以根据材料服役要求,选择合适的固溶工艺,从而获得满足不同综合性能要求的含氮不锈钢。     

双相不锈钢等离子表面硬化技术的进展

双相不锈钢兼具奥氏体和铁素体不锈钢的特点，塑性和耐蚀性好，但硬度低，耐磨性差。等离子表面硬化处理能提高双相不锈钢的表面硬度和耐磨性，包括离子渗氮、直流辉光等离子渗氮、活性屏等离子渗氮、空心阴极辅助离子渗氮、等离子沉积薄膜(物理气相沉积、化学气相沉积)、等离子热喷涂、离子注入以及表面复合处理等。     

渗氮温度对奥氏体不锈钢性能的影响

利用自行研制的直流脉冲离子渗氮设备对奥氏体不锈钢进行离子渗氮,采用显微硬度计、倒置金相显微镜等手段研究了渗氮温度对奥氏体不锈钢显微硬度、金相组织、耐磨性能和耐腐蚀性能的影响.结果表明,通过离子渗氮处理得到的渗层表面硬度均在1150 HV0.05以上,耐磨性能提高4～5倍,低温离子渗氮在提高耐磨性能的同时保持其耐腐蚀件能基本不变.     

奥氏体不锈钢耐蚀渗氮工艺的研究

对AISI 321和AISI 304不锈钢进行了低温离子渗氮,其表面获得了均匀的渗氮层即白亮层。与未经渗氮的钢相比,经离子渗氮的钢表面硬度和耐磨性显著提高,而耐蚀性也并不降低;与经传统的盐浴氮碳共渗的钢相比,经离子渗氮的钢的耐磨性和耐蚀性也均有所提高。对经低温离子渗氮的AISI 321纲渗层进行了XRD分析,发现试样的谱峰明显向低角度偏移。     

离子渗氮对304L不锈钢组织及高温耐磨性能的影响

以焚烧炉用热电偶304L不锈钢套管为研究对象,开展了不同温度的离子渗氮试验研究。采用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计等分析了304L不锈钢离子渗氮前后的微观结构与力学性能,并研究了其在400 ℃的耐磨损性能。结果表明,304L不锈钢离子渗氮后,可形成硬度1300 HV以上的表面硬化层。随着渗氮温度的提高,表面硬度有所提升,同时硬化层厚度显著增加。离子渗氮可提高304L不锈钢的磨损性能及耐高温氧化性能。     

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。     

The wear and corrosion properties of stainless steel nitrided by low-pressure plasma-arc source ion nitriding at low temperatures

Low pressure plasma arc discharge-assisted nitriding of AISI 304 austenitic stainless steel is a process that produces surface layers with useful properties such as a high surface hardness of approximately 1500 Hv_0.1 and a high resistance to frictional wear and corrosion. The phase composition, the thickness, the microstructure and the surface topography of the nitrided layer, as well as its properties, depend essentially on the process parameters. Among them, the processing temperature is the most important factor for forming a hard layer with good wear and corrosion resistance. Nitriding austenitic stainless steel at approximately 420°C for 70 min can produce a thin layer of 7–8 μm with very high hardness and good corrosion resistance on the surface. The microstructure was studied by optical microscopy and both glancing angle and conventional Bragg–Brentano (θ–2θ) symmetric geometry X-ray diffraction (XRD). The formation of expanded austenite was observed. Measurements of the wear depths indicated that the wear resistance of austenitic stainless steel can be improved greatly by nitriding at approximately 420°C using low-pressure plasma-arc source ion nitriding.     

离子溅射在奥氏体不锈钢离子渗氮中的应用

利用自制的直流脉冲离子渗氮设备采用加强离子溅射预处理方法对奥氏体不锈钢进行了离子渗氮,并与普通的离子渗氮方法进行对比.结果表明,通过加强溅射的方法得到的试样表面硬度在1 200 HV0.5以上,耐磨性能提高了4～5倍,硬度梯度变得更为平缓.     

304 不锈钢低温离子渗氮及氮碳共渗处理

目的研究304不锈钢离子渗氮层和氮碳共渗层的组织、硬度及耐磨、耐蚀性能,并考察渗层的磨损机理。方法利用离子渗氮及氮碳共渗工艺在304不锈钢表面获得硬化层,利用XRD,OM及共聚焦显微镜、显微硬度仪、电化学测试仪,分析处理前后渗层的组织、相结构及渗层的硬度及耐磨耐蚀性能。结果 304不锈钢氮碳共渗和渗氮层主要为S相层,在相同工艺条件下,氮碳共渗工艺获得的渗层为γN+γC的复合渗层,且厚度大于单一渗氮层。渗氮层和氮碳共渗层硬度约为基体硬度的3.5倍。在干滑动摩擦条件下,氮碳共渗层比渗氮层具有更好的耐磨性能;渗氮层的磨损机理为磨粒磨损的犁沟效应和断裂,氮碳共渗层的磨损机理为磨粒磨损的犁沟和微切削。电化学测试表明,渗氮层和氮碳共渗层的耐蚀性能均优于基体。结论 304不锈钢在420℃进行离子渗氮和氮碳共渗处理后,硬度和耐磨性能可大幅提高,且氮碳共渗处理效果更佳。     

奥氏体不锈钢低温离子渗氮工艺研究

对304、316 L奥氏体不锈钢进行了不同温度、不同时间的离子渗氮。研究了渗层的显微组织和耐腐蚀性,测定了渗层的硬度。结果显示,随着渗氮温度的升高,两种钢渗层的表面硬度和深度都增加,而耐蚀性降低。渗氮温度≥400℃时,随着渗氮时间的延长,两种钢渗层的表面硬度变化不大,但深度明显增加,渗层的耐蚀性降低。当渗氮工艺相同时,316 L钢渗氮层的硬度、深度和耐蚀性均比304钢的渗氮层高。     

Surface nanocrystallization by surface mechanical attrition treatment and its effect on structure and properties of plasma nitrided AISI 321 stainless steel

A plastic deformation surface layer with nanocrystalline grains was produced on AISI 321 austenitic stainless steel by means of surface mechanical attrition treatment (SMAT). Low-temperature nitriding of SMAT and un-SMAT AISI 321 stainless steel was carried out in pulsed-DC glow discharge. The effect of SMAT pretreatment on the microstructure and properties of the stainless steel were investigated using X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Vickers hardness tester and UMT-2MT tribometer. The results show that the plasma nitriding of AISI 321 steel can be enhanced considerably by means of SMAT process before nitriding, and a much thicker nitrogen diffusion layer with higher hardness was obtained for the SMAT samples when compared with un-SMAT samples. In addition, the wear resistance and load capacity of the nitrided layers on the SMAT samples was much higher than that of the un-SMAT samples due to the thicker S phase case and the gradient nitrogen diffusion layer.     

奥氏体不锈钢耐磨和耐蚀复合改性

采用电子回旋共振(ECR)微波等离子体源离子渗氮技术对奥氏体不锈钢进行氮化处理,获得与等离子体浸没离子注入(PII)结果相似的高硬度、高耐磨性表面改性层。     

气压对904L奥氏体不锈钢低温离子渗氮组织与耐蚀性能的影响

通过辉光离子低温渗氮对904L超级奥氏体不锈钢(904Lss)进行表面改性处理,采用扫描电镜、X射线衍射仪(XRD)、电化学方法等研究了渗氮后试样的表面形貌、显微组织结构、硬度以及耐蚀性能。结果表明:100 Pa渗氮后的试样形成了强化相γN相,大大提高了904L不锈钢试样的表面硬度,高达1400 HV0.1;150 Pa渗氮后的试样产生了强氮化物CrN,其耐蚀性远远低于原始904L奥氏体不锈钢。     

AISI 316L奥氏体不锈钢低温离子-气体渗碳工艺优化

目的将低温离子-气体乙炔渗碳应用于AISI 316L奥氏体不锈钢表面硬化处理,同时探讨其硬化处理的最优工艺参数及优化效果。方法采用离子轰击去除不锈钢表面钝化膜并活化其表面,再进行低温气体乙炔渗碳,实验过程使用脉冲式供气循环处理方式。进行温度梯度实验,寻找渗碳处理的临界温度。并采用正交试验法设计3因素3水平共9组实验,分析气体比例、离子轰击时间、保温压强3个因素对渗碳层硬度和厚度产生的影响,以期得到不锈钢低温离子-气体乙炔渗碳优化工艺。通过对经过最优化工艺处理过后的不锈钢硬化层组织、成分、厚度、硬度、耐磨性、耐蚀性能的研究分析,验证此工艺对AISI 316L奥氏体不锈钢硬化处理的适用性。结果处理温度为540℃时渗碳层有碳的铬化物析出;离子轰击时间对渗碳层硬度影响最大,保温压强对硬化层厚度影响最明显。在硬化处理温度为520℃,V(H2)∶V(C2H2)=1∶1,渗碳压强为-0.02 MPa,离子轰击时间为20 min时,316L奥氏体不锈钢离子-气体乙炔渗碳效果最优。经优化工艺处理后不锈钢硬化层厚度达到30μm左右,表面硬度达到838HV0.05,耐蚀性和耐磨性能等都显著提高。结论低温离子-气体乙炔渗碳硬化处理适用于AISI 316L奥氏体不锈钢,其处理最合适温度为520℃。经优化工艺处理后的不锈钢具有较高的硬度、厚度,良好的硬度梯度,高耐蚀性能及高耐磨性能。     

奥氏体不锈钢的低温离子氮碳共渗研究

利用低压等离子体辉光放电技术对AISI 316奥氏体不锈钢进行低温离子氮碳共渗硬化处理，处理是在不降低奥氏体不锈钢耐蚀性能的前提下进行的。处理后的奥氏体不锈钢属于一种无氮化铬或碳化铬析出的氮和碳的过饱和固溶体(S相结构)。这种渗入钢中的过饱和氮和碳元素引起奥氏体晶格发生畸变，使渗层的硬度和耐磨性都有较大幅度的提高。由于处理后的奥氏体不锈钢渗层内的最大含氮量和最大含碳量分别出现在不同的深度，因而使离子氮碳共渗处理后的奥氏体不锈钢既有离子渗氮处理的高硬度，又有离子渗碳处理后的高的渗层厚度和良好的硬度梯度等特点。