奥氏体不锈钢渗氮&物理气相沉积复合改性层的组织及性能

通过辉光离子渗扩技术对316L奥氏体不锈钢进行了不同温度下的离子渗氮处理,之后采用物理气相沉积技术在渗氮层外表面制备一层CrN涂层,检测不同温度下离子渗氮+物理气相沉积复合涂层的结合力、硬度、耐磨性和耐蚀性,并对其显微组织和物相进行了观测与分析.结果表明:奥氏体不锈钢不同温度渗氮+物理气相沉积复合改性层的组织随渗氮温度的升高从S相(内层)+CrN涂层(外层)转变为不同程度硬质相析出层(内层)+CrN涂层(外层),不同类型的渗氮层与CrN涂层均有良好的结合力;不论是S相层还是硬质相析出层,经过PVD处理后均能在一定程度上提高渗层的表面硬度、耐磨性和耐蚀性,其中耐蚀性随着渗氮温度的升高逐渐变差,硬度和耐磨性随渗氮温度的升高而逐渐提升.     

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.     

低/高温对暖通用SUS301L不锈钢离子渗氮层结构与耐磨性能的影响

为了提高暖通用SUS301L不锈钢表面的综合性能,在低温(500℃)和高温(900℃)2种温度下对其表面实施渗氮形成离子渗氮层,通过试验测试的方式分析了离子渗氮层的微观组织与耐磨特性.结果 表明:500℃渗氮处理后基体表面形成了约7 μm的离子渗氮层和平直分布的白亮组织,组织中只溶入了很低比例的氮;900℃进行渗氮处理后基体表面形成了23μm厚的离子渗氮层,该离子渗氮层的XRD谱中形成了CrN与N的衍射峰.经过500℃与900℃渗氮后试样都发生了硬度的大幅提升,硬度最大的是900℃下制得的离子渗氮层.500℃下制得的离子渗氮层的硬度随着载荷的提高而不断减小.相对于SUS301L不锈钢基体,离子渗氮层的摩擦系数更加稳定,表明离子渗氮层具有更优的摩擦磨损特性.离子渗氮层的磨痕深度与宽度相比基体均明显降低,900℃渗氮后的试样获得了比500℃渗氮后的试样更高的磨损量.     

离子渗氮温度对W9Mo3Cr4V钢渗层组织及性能的影响

目前,国内外对搅拌头材料W9Mo3Cr4V钢离子渗氮表面改性研究不多。采用金相分析、显微硬度测量、X射线衍射仪(XRD)等研究了离子渗氮温度对W9Mo3Cr4V钢搅拌头显微组织和性能的影响,从而得出制备高硬度耐磨氮化层搅拌头的合适的离子渗氮温度。结果表明:经离子渗氮的W9Mo3Cr4V钢搅拌头表层获得了主要由ε相(Fe3N)和γ’相(Fe4N)组成的均匀渗氮层,且随着从表面到基体距离的增加,渗氮层的硬度呈现平缓的硬度梯度分布;480~560℃范围内,随离子渗氮温度升高,渗氮层厚度不断增加,渗氮层硬度也不断提高;ε相(Fe3N)衍射峰随离子渗氮温度升高而逐渐降低,γ’相(Fe_4N)衍射峰则呈逐渐升高的趋势。渗氮层厚度ζ与渗氮温度T的关系满足ζ=3.85×108e-9 141/T·τ。     

低温低压电弧等离子体渗氮处理316不锈钢的耐腐蚀性能

在低温下对316奥氏体不锈钢进行低压电弧等离子体渗氮处理,研究了渗氮处理对不锈钢耐腐蚀性能的影响。结果表明:渗氮层有两个子层,由纳米晶扩张奥氏体和少量的Cr N化合物组成的外表层和单一结构的扩张奥氏体内层。由于低压电弧等离子体浓度高,在400℃渗氮1 h得到的渗氮层厚度达到15μm,表现出很高的渗氮速率。纳米晶外表层是渗氮不锈钢耐腐蚀性能的关键,促进了钝化膜的生成,渗氮后试样表面形成的钝化膜厚度达到27 nm,比原始不锈钢钝化膜的2倍还多。渗氮不锈钢试样的腐蚀电流(3.55×10~(-8)A/cm~2)比基材的腐蚀电流(1.99×10~(-7)A/cm~2)降低一个数量级,表明渗氮后试样的耐腐蚀性能提高了。     

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。     

超声滚压对高速激光熔覆GH5188高温合金涂层组织和力学性能的影响

目的 为了提高GH5188高速激光熔覆涂层的摩擦磨损性能和耐腐蚀性能,采用超声滚压(UR)技术在GH5188涂层表面制备纳米晶层。方法 利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)、维氏硬度计、高温摩擦磨损试验机和电化学工作站研究超声滚压作用下GH5188涂层的微观形貌、相组成、显微硬度、高温摩擦磨损性能和耐腐蚀性能。结果 超声滚压后,GH5188涂层表面达到镜面效果,与未滚压相比,粗糙度下降58%;制备出厚度为18 μm的纳米晶层;与H13基体相比,未滚压的涂层表面显微硬度提高21%,超声滚压后的涂层表面显微硬度提高70%;与H13基体相比,未滚压的涂层耐磨性提高69%,超声滚压后的涂层耐磨性提高81%;电化学测试结果表明,与H13基体相比,未滚压的涂层耐腐蚀性提高12%,超声滚压后的涂层耐腐蚀性提高17%。结论 超声滚压后的涂层表层组织位错密度和晶界增加,获得了纳米晶层,有效改善了GH5188涂层的显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性等力学性能。     

氮势对奥氏体不锈钢离子渗氮性能的影响

对AIS1304奥氏体不锈钢进行了不同氮势的离子渗氮,利用金相显微镜、轮廓仪、摩擦磨损试验机、X射线衍射仪和显微硬度计测试了经渗氮处理后试样改性层的截面形貌、微观结构、相组成和力学性能,并与未渗氮的试样进行了比较。结果表明：随着氮势的增加,试样表面的渗层深度、磨损程度、显微硬度呈规律性变化;X射线衍射分析表明：低氮势容易形成S相,高氮势有利于氮化物的形成。     

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.     

离子渗氮对耐磨性的影响

对四种离子渗氮工艺条件下的３８ＣｒＭｏＡｌ新渗氮钢进行了磨损试验研究。通过Ｘ射线衍射表面相结构分析以及测量表明硬度，截面硬度梯度，化合物层厚度和渗氮层深度等试验结果表明，离子渗氮前的原始组织对３０Ｃｒ２ＭｏＶ钢耐磨性影响较小，而对３８ＣｒＭｏＡｌ钢的耐磨性影响较大。离子渗氮工艺条件对这两种钢耐磨性具有一最佳值。     

Friction and wear behaviors of a gradient nano-grained AISI 316L stainless steel under dry and oil-lubricated conditions

A gradient nano-grained (GNG) surface layer was fabricated on an AISI 316L stainless steel (SS) by using the surface mechanical rolling treatment (SMRT). Reciprocating dry and oil-lubricated sliding tests of the GNG 316L SS in air at room temperature were conducted in comparison with the coarse-grained (CG) counterpart. Worn surface morphologies and subsurface microstructures were investigated for both 316L SS samples. 316L SS with a GNG surface layer shows a significantly improved wear resistance, especially under oil-lubricated condition. The notably wear resistance enhancement of the GNG 316L SS is attributed to the GNG surface layer with high strain accommodation ability and high hardness, which can reduce the wear volume in the running-in stage effectively.     

The wear and corrosion resistance of shot peened–nitrided 316L austenitic stainless steel

316L austenitic stainless steel was gas nitrided at 570 °C with pre-shot peening. Shot peening and nitriding are surface treatments that enhance the mechanical properties of surface layers by inducing compressive residual stresses and formation of hard phases, respectively. The structural phases, micro-hardness, wear behavior and corrosion resistance of specimens were investigated by X-ray diffraction, Vickers micro-hardness, wear testing, scanning electron microscopy and cyclic polarization tests. The effects of shot peening on the nitride layer formation and corrosion resistance of specimens were studied. The results showed that shot peening enhanced the nitride layer formation. The shot peened–nitrided specimens had higher wear resistance and hardness than other specimens. On the other hand, although nitriding deteriorated the corrosion resistance of the specimens, cyclic polarization tests showed that shot peening before the nitriding treatment could alleviate this adverse effect.     

高速轮轨钢超声振动辅助激光熔覆涂层的滚动摩擦磨损性能

目前有关高速轮轨钢超声振动辅助下的激光熔覆研究鲜有报道。在高速轮轨钢表面施加超声振动辅助激光熔覆制备了铁钴基复合涂层来改善其耐磨性能,借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能量色散谱仪(EDS)等手段分析熔覆层的微观结构、物相成分和元素分布,采用GPM-30轮轨滚动接触疲劳试验机对比研究轮轨钢超声振动辅助作用下激光熔覆前后涂层的滚动摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层主要由Fe-Cr的马氏体组织、Co-Cr的γ相固溶体、Fe-Ni固溶体以及弥散析出的含MxCy(M=Cr、W)的碳化物、硼化物、硅化物等硬质相组成;超声激光熔覆强化处理后,轮轨表面的平均显微硬度分别为539 HV3 N和582 HV3 N,磨损速率分别降低59.1%,37.3%,轮轨试环熔覆层的抗磨损性能大幅提高,磨损机制由剥落磨损和严重的疲劳磨损转变为轻微的磨粒磨损和疲劳磨损。     

AISI 316奥氏体不锈钢等离子体源渗氮及其耐磨抗蚀性能

目前,对AISI 316奥氏体不锈钢单一面心结构γΝ相改性层耐磨抗蚀性能的报道差异较大,有些甚至相互矛盾。采用等离子体源渗氮技术,于450℃,6 h改性AISI 316奥氏体不锈钢,获得了厚度约为17μm、峰值氮浓度20%(原子分数)、最大显微硬度1 510 HV0.1 N、单一面心结构的γΝ相改性层。分别采用WTM-2E球盘式磨损仪和PARSTAT2273电化学工作站,研究了干摩擦条件下γN相/Si_3N_4陶瓷球的摩擦磨损行为和在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为,揭示了γN相改性层的耐磨抗蚀机理。结果表明:γΝ相改性层的磨损机制由原不锈钢的黏着磨损转变为氧化磨损,摩擦系数由0.88降低至0.65,磨损体积由0.13 mm~3降低到9.50×10-3mm~3,耐磨性能显著提高;γΝ相改性层阳极极化曲线未发生点蚀击穿过程,容抗弧直径增大,相位角平台变宽;采用等效电路Rs-(Rct//CPE)拟合的电荷转移电阻Rct由原不锈钢的1.006×105Ω·cm~2增至1.377×106Ω·cm~2,计算的双电层电容Cdl由88.4m F/cm~2降低至77.8 m F/cm~2,抗蚀性能明显得到了改善。     

37CrMoMn钢渗氮处理微观组织与性能研究

对37CrMoMn钢钻杆接头进行气体渗氮处理,采用光学显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、显微硬度计及磨擦磨损试验研究了渗氮层的显微组织、硬度及耐磨性能。结果表明：渗氮层厚达150μm,氮化形成的ζ-FezN相、ε-F-e3N相和Cr2N相等氮化物增强相,使表面硬度显著增加。渗氮层与基体材料相比摩擦系数显著降低,钻杆接头经过渗氮后,耐磨性提高了8倍。     

不锈钢背锡青铜梯度自润滑材料的评价

为了研制一种高性能自润滑轴承内套圈材料,以锡青铜、316L不锈钢和MoS₂粉末为原料,采用多坯料挤压成形与烧结致密化相结合的方法,制备了芯部承压层为316L不锈钢,表面固体润滑层为锡青铜和MoS₂,中间过渡层为锡青铜、? 316L不锈钢和MoS₂的不锈钢背锡青铜梯度自润滑复合棒材,采用光学金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对其微观组织进行观察、并采用万能材料试验机(MTS)和摩擦磨损试验机对其物理力学性能和摩擦性能进行测试。结果表明:在氢气保护气氛下,1050℃保温2 h可以制备出致密性良好,各层显微组织过渡平缓,硬度和摩擦因数沿径向呈梯度分布的自润滑材料。材料实测平均密度8.35 g·cm-3,相对密度96.8%;径向压溃强度950 MPa;自润滑层工作面摩擦因数约0.30,显微维氏硬度1。44 GPa;磨损率5.2×10-9 m·N-1·m-1。与其他固体自润滑材料相比,不锈钢背锡青铜梯度自润滑材料的力学性能、耐磨性能等显著提高。      

Influence of the microstructure on the corrosion resistance of plasma‐nitrided austenitic stainless steel 304L and 316L

Austenitic stainless steels are widely used in medical and food industries because of their excellent corrosion resistance. However, they suffer from weak wear resistance due to their low hardness. To improve this, plasma nitriding processes have been successfully applied to austenitic stainless steels, thereby forming a thin and very hard diffusion layer, the so‐called S‐phase. In the present study, the austenitic stainless steels AISI 304L and AISI 316L with different microstructures and surface modifications were used to examine the influence of the steel microstructure on the plasma nitriding behavior and corrosion properties. In a first step, solution annealed steel plates were cold‐rolled with 38% deformation degree. Then, the samples were prepared with three kinds of mechanical surface treatments. The specimens were plasma nitrided for 360 min in a H₂–N₂ atmosphere at 420 °C. X‐ray diffraction measurements confirmed the presence of the S‐phase at the sample surface, austenite and body centered cubic (bcc)‐iron. The specimens were comprehensively characterized by means of optical microscopy, scanning electron microscopy, glow discharge optical emission spectroscopy, X‐ray diffraction, surface roughness and nano‐indentation measurements to provide the formulation of dependencies between microstructure and nitriding behavior. The corrosion behavior was examined by potentio‐dynamic polarization measurements in 0.05 M and 0.5 M sulfuric acid and by salt spray testing.     

高能电脉冲-超声滚压耦合技术对淬火态GCr15钢表面强化研究

采用高能电脉冲辅助超声滚压技术对高频淬火态GCrl5轴承钢进行了表面强化处理,并对表层硬度梯度、表面粗糙度以及摩擦磨损性能进行了表征.与普通超声滚压技术相比,声电耦合处理后样品在提高表面硬度的同时强化层深度提高约100μm,表面粗糙度Ra由1.4μm降低至0.23μm,并且在电脉冲作用下位错运动与越过能垒的能力都得到增强,从而促进表面微裂纹得到愈合,表面质量显著提高,摩擦磨损性能提高约50％.对高频淬火态GCr15轴承钢而言,脉冲电流的电致塑性效应能够促进位错运动,提高材料表面塑性变形能力,从而使超声滚压产生的塑性变形向次表层发展,显著提高强化效果.     

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.     

Effects of DC plasma nitriding parameters on microstructure and properties of 304L stainless steel

A wear-resistant nitrided layer was formed on a 304L austenitic stainless steel substrate by DC plasma nitriding. Effects of DC plasma nitriding parameters on the structural phases, micro-hardness and dry-sliding wear behavior of the nitrided layer were investigated by optical microscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, micro-hardness testing and ring-on-block wear testing. The results show that the highest surface hardness over a case depth of about 10 µm is obtained after nitriding at 460 °C. XRD indicated a single expanded austenite phase and a single CrN nitride phase were formed at 350 °C and 480 °C, respectively. In addition, the S-phase layers formed on the samples provided the best dry-sliding wear resistance under the ring-on-block contact configuration test.