低温等离子体氮化压力对304不锈钢摩擦性能的影响

采用低温等离子体氮化技术,对304奥氏体不锈钢进行表面氮化处理。运用XRD、SEM、金相技术和显微硬度计等分析手段对氮化层的物相组成及表面硬度进行分析及测量;利用球-盘摩擦实验在干摩擦条件下对氮化层的摩擦磨损性能进行测试并分析磨损机理。结果表明:304奥氏体不锈钢经低温等离子体氮化处理后,形成单一高氮面心立方相γN,显微硬度及耐磨损性能均明显提高,摩擦系数减小;氮化压力为10 Pa时,渗氮层具有最高的表面显微硬度850HV0.025及较好的耐摩擦磨损性能。     

医用锻造CoCrMo合金高压直流等离子氮化性能研究

采用高压直流等离子体氮化技术,对医用锻造钴铬钼合金进行表面氮化处理,考察了氮化温度对钴铬钼合金摩擦性能及润湿性能的影响。运用X射线衍射仪分析氮化层物相组成,显微硬度计和光学动/静态接触角仪测试合金表面显微硬度及接触角数值;利用球-盘摩擦实验在干摩擦条件下对氮化层的摩擦磨损性能进行测试。实验结果表明:医用锻造钴铬钼合金经高压直流等离子体氮化处理后,形成硬质化合物CrN和Cr2N,氮化层厚度4.5~9.5μm,合金显微硬度随氮化温度升高而增加,最高可达788HV。与未处理合金试样相比,氮化合金的亲水性及耐磨损性得到明显改善,氮化温度为800℃时磨损率最低,磨痕宽度最窄,耐磨损性能最佳。     

奥氏体不锈钢离子渗碳后的腐蚀行为

为了提高奥氏体不锈钢零件的使用寿命,利用低温离子渗碳技术对AISI 316L奥氏体不锈钢进行了表面渗碳处理.用X射线衍射仪和光学显微镜分析了渗碳层的微观组织结构,用显微硬度计测试了渗碳层的硬度分布,通过电化学极化曲线测试技术和化学腐蚀试验研究了离子渗碳AISI 316L不锈钢的腐蚀行为.渗碳层为单相碳过饱和奥氏体固溶体,由此明显提高了AISI 316L不锈钢的抗腐蚀性能,渗碳层硬度梯度平缓,表面显微硬度高达900 HV.结果表明,奥氏体不锈钢低温离子渗碳处理不仅提高了其表面硬度,而且提高了不锈钢表面的耐腐蚀性能,从而提高了其使用寿命.     

奥氏体不锈钢低温气体渗碳后的组织性能

采用自主研发的低温气体渗碳炉对AISI316和AISI304奥氏体不锈钢进行低温气体渗碳处理,在不损害原有耐蚀性的基础上,增加其表面强度,提高其耐磨性。运用金相、硬度和XRD表征奥氏体不锈钢的渗碳层的组织,采用电化学工作站检测其耐蚀性能,采用摩擦磨损试验检测其耐磨性。结果表明,470℃低温气体渗碳处理的AISI316和AISI304奥氏体不锈钢,表层硬度从250HV0.25 N增加到800~1 000 HV0.25 N,有效硬化层都达到36μm以上,耐磨性提高2~3倍,耐蚀性能基本不变。     

表面纳米化与离子渗氮对304不锈钢的影响

为解决304不锈钢硬度低、耐磨性差的问题,本文采用预先表面纳米化,温度400、450℃,保温时间4、6 h,氮氢比1∶3的离子渗氮工艺对试样进行处理,研究纳米化以及渗氮工艺对304不锈钢渗氮层形貌和深度、硬度以及摩擦磨损性能的影响.利用金相显微镜、电子探针显微分析仪(EPMA)、能谱仪(EDS)、显微硬度计和磨损试验机对样品的显微组织、微观形貌、硬度及耐磨性进行了表征.结果表明:304不锈钢经表面纳米化与离子渗氮工艺处理后,渗氮层为0.1～0.2 mm,表面硬度约为1 200 HV0.1,比基体硬度提高了6～7倍,耐磨性也大大增强;但渗氮温度越高,保温时间越长,材料表面耐磨性越差.综合各种影响因素得出在本实验条件下最佳处理工艺为:预先表面纳米化,渗氮温度400℃、保温时间6 h.     

碳含量对AISI304奥氏体不锈钢离子碳氮共渗性能的影响

对AISI304奥氏体不锈钢进行了不同C2H2含量下的离子碳氮共渗,利用金相显微镜、辉光放电光谱仪、x射线衍射仪和显微硬度计测试了经碳氮共渗处理后试样改性层的截面形貌、渗层成分、相组成和力学性能.结果表明低温下离子碳氮共渗可以同时获得性能好的γc相和γn相,且最大含量分别出现在不同深度;气氛中C2H2含量为3%时,渗层厚度最大,表面显微硬度最大.     

表面预处理对钛合金表面低温等离子体氮化的影响

为提高TC4钛合金表面摩擦学性能,探究酸洗及等离子体预处理对TC4钛合金表面低温等离子体氮化进程的影响。首先采用热丝增强等离子体氮化系统分别对表面酸洗及未酸洗TC4钛合金在氩气气氛下进行等离子体预处理,然后对各种表面预处理的TC4钛合金实施低温(500℃)等离子体氮化。采用扫描电子显微镜、能谱仪及X射线衍射仪分别分析了试样的截面形貌、氮势分布和物相组成;采用显微硬度计、摩擦磨损仪和轮廓仪测试氮化后TC4钛合金表面的显微硬度、磨痕曲线和摩擦系数,并计算了磨损量。结果表明:低温氮化后TC4钛合金基体组织形貌不变,表面获得厚度约10μm的氮化层。氮化后TC4钛合金的XRD衍射峰均向低角度偏移,表明形成含氮固溶体相。其中酸洗复合30 A等离子体预处理的TC4钛合金氮化后,XRD衍射峰向低角度偏移最明显,偏移量达0.2°。与基体相比,酸洗复合30 A等离子体预处理的TC4氮化表面显微硬度提高至691 HV,磨损量仅为基体的16%。酸洗复合等离子体预处理有效去除TC4钛合金表面氧化层、粗化表面,促进低温等离子体氮化进程,有利于含氮固溶体相形成,从而提高其表面摩擦学性能。     

脉冲偏压对低温氮化不锈钢表面结构及摩擦学性能的影响

采用低温等离子体辅助氮化奥氏体不锈钢316L,能够在不破坏其抗腐蚀性能的同时有效提高不锈钢表面的摩擦学性能,研究了不同脉冲偏压下氮化层的结构和摩擦学性能(硬度、摩擦系数和耐磨性)。采用X射线衍射仪研究了脉冲偏压对氮化层相结构的影响;采用光学显微镜和扫描电镜分别观察了氮化层表面和横截面的形貌,并利用能量色散谱测量了氮化层中氮含量及其分布;基于纳米压痕和摩擦磨损结果,研究了脉冲偏压对氮化层摩擦学性能的影响。结果表明:低温氮化后,不锈钢表面形成一层无氮化物析出的单一过饱和固溶体相——扩展奥氏体γN,晶格常数随偏压的增加由0.359增至0.395nm。当脉冲偏压为-300 V时,氮化层厚度达9.45μm,表面硬度达21.0 GPa,摩擦系数降低至0.09,耐磨性能获得显著提高。     

注入能量对304不锈钢离子注N表面改性层组织与性能的影响

注入能量对离子注入影响明显,但目前探究注入能量对304不锈钢离子注N层影响报道较少。研究在N剂量相同的情况下,离子注N时不同注入能量(30~75 keV)对304不锈钢表面改性层的组织及性能的影响。采用离子注入软件SRIM2013模拟离子注入对304不锈钢的注N深度,并采用扫描电镜(SEM)、显微硬度仪、X射线衍射仪(XRD)、万能摩擦磨损试验机对表面改性组织、硬度、相结构、摩擦系数进行测试,并对微观机理进行了分析与讨论。研究表明:在相同剂量下(9.0×10~(17)cm~(-2)),在注入能量范围为30~60 keV时,表面生成了γN相。但随着注入能量达到75 keV,304不锈钢表面出现多孔形貌,且硬度、摩擦系数等力学性能下降。经注入能量60 keV注N后,所得注N试样的显微硬度约为基材的1.9倍,摩擦系数有所降低,从基材的0.62下降为注N后的0.32;注入能量60 keV是离子注入的最佳注入能量。     

等离子体增强电弧离子镀1Cr17Ni2不锈钢表面氮化/DLC涂层复合改性研究

在等离子体增强电弧离子镀设备中,用热丝增强放电的辉光等离子体对1Cr17Ni2马氏体不锈钢进行表面氮化处理。对氮化层的表面形貌、成分、相结构及性能进行了测试及分析。结果表明,氮化处理后不锈钢的表面硬度从3.67 GPa最高提升到9.25 GPa,并且在50μm深的范围内保持7.32 GPa以上的硬度,改性层内有CrN和Fe_2N新相生成是硬化的主要原因,不过与基体相比,摩擦系数仅从1.1略微降低到0.9。在氮化预处理的基础上,再一体化用碳靶阴极弧等离子体对1Cr17Ni2钢进行氮化/DLC涂层复合改性处理,对表面DLC涂层改性层的品质及性能进行了测试与分析。结果表明,复合改性处理后,因表面得到1.5μm厚的高品质的DLC涂层,及氮化预处理使得表面硬度有梯度提升,使1Cr17Ni2钢的整体表面硬度进一步提高到17.06 GPa,且摩擦系数显著降低到0.08。     

不锈钢低温盐浴表面氮化技术发展与现状

不锈钢具有良好的耐蚀性、韧性和可加工性,但其硬度低、耐磨性差,严重制约了其在有磨损腐蚀要求环境体系中的应用.为了提高不锈钢的抗磨损性能,通过低温活性盐浴表面处理技术提高其耐磨性的同时不降低其耐蚀性,使得其在具有磨损的腐蚀介质环境中能够提高其抗磨损性能而不被腐蚀,可延长其使用寿命.本文系统地介绍了低温活性盐浴表面氮化处理技术的发展、原理及应用和处理后表面氮化层的特点、组织和表面性能.低温活性盐浴表面处理后,表层活性N原子扩散在奥氏体间隙中形成过饱和固溶体的S-相,产生特殊的位错-应力FCC结构,使得奥氏体晶格发生严重变形,不但提高了其腐蚀性,同时大大提高了其硬度,使得不锈钢硬度能够达到1 000 HV0.1,其抗磨损性能亦得到了显著提高.     

工业纯铁等离子体注入与氮化工艺及其性能研究

采用低电压高频率脉冲等离子体浸没离子注入与氮化技术在工业纯铁上进行氮离子注入及氮化强化处理,研究了不同脉冲宽度下,工业纯铁等离子体浸没离子注入与氮化处理的结构及性能.通过X射线衍射谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度、销-盘磨损实验,研究了工业纯铁氮离子注入及氮化后的结构、断面组织、表面元素含量、显微硬度、摩擦磨损性能;通过电化学极化方法在0.9%NaCl溶液研究了改性层的耐腐蚀性.研究结果表明:氮等离子注入及氮化后能显著提高纯铁表面的显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性能,且表面形成结构为Fe3N和Fe4N的针状组织,针状组织是提高纯铁性能的关键因素;高脉冲宽度下进行等离子注入及氮化有利于提高纯铁表面的机械性能和耐腐蚀性能.     

AISI316奥氏体不锈钢低温渗碳层的组织及耐蚀性

为了提高奥氏体不锈钢的表面硬度并保持其良好的耐蚀性,采用自主开发的低温渗碳工艺对AISI316奥氏体不锈钢进行渗碳处理。运用金相显微镜和显微硬度计表征了渗碳强化层组织,通过电化学试验检测了渗碳强化层的耐蚀性。结果表明:渗碳温度越高,渗碳强化层表面硬度越高,耐蚀性越差;经过470℃低温渗碳处理的AISI316奥氏体不锈钢表面硬度从原来的300 HV0.25 N增加到800～1 000 HV0.25 N,有效硬化层达36.1μm,而其耐蚀性保持不变。     

医用锻造CoCrMo合金高温渗碳性能研究

采用高温气体渗碳技术,对医用锻造钴铬钼合金进行表面渗碳处理.考察了高温渗碳行为对钴铬钼合金性能的影响.运用XRD、显微硬度计和光学动/静态接触角仪等分析手段对渗碳层的物相组成、表面硬度及润湿性能进行分析及测量;利用球-盘摩擦实验在Tyrode’s 溶液润滑条件下对渗碳层的摩擦磨损性能进行测试.结果表明：医用锻造钴铬钼合金经高温渗碳处理后,形成致密的硬质化合物相Cr3C2,合金硬度较未处理试样明显升高,最高可达560 HV.与未处理合金试样相比,渗碳合金的亲水性及耐磨损性得到明显改善,耐磨损性提高近3 倍.     

低温离子渗氮提高2Cr13不锈钢的冲蚀磨损与冲刷腐蚀抗力

采用喷射式固体粒子冲蚀磨损实验机和浆体冲刷腐蚀装置对比研究了350℃低温离子渗氮和550℃常规高温离子渗氮对2Cr13不锈钢冲蚀磨损和冲刷腐蚀行为的影响规律,通过组织结构分析、硬度测试和电化学交流阻抗分析探讨了低温渗氮改善2Cr13不锈钢抗冲蚀磨损和抗冲刷腐蚀性能的机制。结果表明：低温和常规高温离子渗氮均可提高2Cr13不锈钢在小角度固体颗粒干冲蚀条件下的冲蚀磨损抗力,但是,350℃低温渗氮处理表现出比550℃高温离子渗氮层更好的抗冲蚀磨损性能。在含10%石英砂的中性和酸性5%NaCl水溶液中,350℃低温渗氮处理使2Cr13不锈钢冲刷腐蚀速率分别降低96.7%和87.4%;然而,550℃常规离子渗氮却导致2Cr13不锈钢冲刷腐蚀速率分别提高4.13倍和0.49倍。350℃渗氮层由-εFe3N和N过饱和固溶体αN相组成,其化学稳定性好,硬度高,因而表现出良好的耐腐蚀、抗冲刷磨损与抗冲刷腐蚀性能。550℃渗氮处理时,αN相分解成了α相和CrN化合物,造成基材贫Cr,耐腐蚀性能下降,同时表面硬度低于350℃低温渗氮层,其抗冲蚀磨损性能不及350℃低温渗氮处理,冲刷腐蚀抗力则低于2Cr13不锈钢基材。     

AISI 420F不锈钢表面等离子渗Zr层组织及性能研究

采用等离子合金化技术,在含一定碳量的AISI 420F马氏体不锈钢表面制备Zr/Zr C合金层。研究了等离子渗Zr合金化温度和时间对Zr/Zr C合金层组织、相结构、渗层厚度以及硬度和摩擦磨损性能的影响。利用扫描电镜和光导放电光谱分析仪分析Zr/Zr C合金层表面和截面的形貌及成分分布,用X射线衍射表征渗层的物相组成。结果表明:AISI 420F不锈钢渗Zr后,得到组织连续且致密的渗Zr合金层,合金层由表面富Zr层/富Zr C层/Fe-Cr-Zr-C扩散层组成。在900~1000℃合金化范围内,形成的Zr合金层厚度随渗Zr温度的升高由17μm增加至23μm。在950℃渗Zr时,合金层和富Zr C层厚度随着渗Zr时间的延长分别呈直线和抛物线规律增加;渗Zr后试样的硬度最大值为865HV0.025,与基体(269HV0.025)相比有显著提高;摩擦磨损检测表明,与基材相比,AISI 420F不锈钢经渗Zr处理后,划痕宽度由540降低至360μm,摩擦系数由0.8明显降低为0.4左右,耐磨性得到改善。     

不锈钢双极板低温等离子氮化后的性能

为了减轻质子交换膜燃料电池(PEMFC)的质量,降低其生产成本,实现其商业化,以不锈钢取代传统的双极板材料石墨,对304不锈钢进行低温等离子氮化,研究了氮化后的不锈钢在模拟PEMFC环境中的电化学腐蚀行为以及在电池工作电位下的接触电阻。结果表明:在低温等离子渗氮过程中不锈钢表面生成了面心立方结构的氮过饱和固溶体(γN相)氮化层,一定程度上改善了不锈钢在模拟PEMFC环境中的耐均匀腐蚀能力;以PEMFC工位电位恒电位极化时,氮化后的不锈钢表面生成了稳定的钝化膜,通入O2更易于使氮化后的不锈钢钝化;氮化后的304不锈钢的表面接触电阻远低于基体,电化学性能和电性能接近于石墨双极板,基本能满足PEMFC双极板的使用要求。     

氮离子注入的刀具不锈钢表面性能及微观结构

采用高能气体离子源注入机对刀具不锈钢2Cr13进行氮离子注入,以增强不锈钢的表面硬度和耐磨性能。对注入后的不锈钢试样进行了成分分析、显微硬度、磨损性能和耐蚀性的测试。结果表明:注入较大剂量氮离子后,不锈钢表面生成了CrN、FeN等间隙相,其表面硬度和耐磨性能随着氮离子注入剂量的增加而提升;当注入剂量为7.2×1017cm-2时,不锈钢表面维氏硬度从320HV提高到850HV,摩擦系数从0.52降低到0.33,并且仍具有良好的耐蚀性能。     

表面纳米化预处理对316L不锈钢渗氮层摩擦学性能的影响

为改善奥氏体不锈钢的表面硬度和耐磨性,采用超声滚压与离子渗氮复合工艺对316L不锈钢表面进行了表面强化处理。利用扫描电镜(SEM)、硬度计、X射线衍射仪(XRD)和能谱仪以及摩擦磨损试验机等测定了渗氮层的硬度、深度、含氮量和物相组成,研究了表面晶层组织结构对离子渗氮行为和渗氮层在润滑油条件下摩擦学性能的影响。结果表明:直接渗氮和超声滚压/渗氮试样表层组织均由S、γ'、ε和Cr N相组成,渗氮层厚度均为20μm,直接渗氮层以S相为主,超声滚压后渗氮层以ε和γ'相为主,组织结构较为致密;超声滚压/渗氮层的平均渗氮含量是直接渗氮层的2.88倍,摩擦系数降低了0.04,显微硬度和耐磨性是直接渗氮层的1.15倍和2.76倍;超声滚压处理诱使316L不锈钢表面形成的纳米晶层组织结构增强了渗氮试样表面的催渗效能和对渗氮层的支撑强度,超声滚压后渗氮试样的表面耐磨性能最好。     

金属等离子体浸没离子注入与沉积技术合成类金刚石薄膜研究

采用金属等离子体浸没离子注入与沉积技术在9Cr18轴承钢基体表面合成了类金刚石薄膜.研究了注入脉宽和工作气压对合成薄膜性能及化学组成的影响;通过激光Raman光谱、维氏硬度、针盘试验和电化学腐蚀等测试手段分别表征了合成薄膜后试样表面的化学组成和微观结构、显微硬度、摩擦磨损性能和抗腐蚀性能.结果表明:合成薄膜后,试样的显微硬度增大了88.7%,摩擦磨损和抗腐蚀性能也明显改善.