高纯铁经离子束氮化后表面区的结构和形貌

1.引言渗氮是工业上具有重要意义的钢表面改性处理方法,在这过程中氮进入工件的表层。氮的富化原则上是分步进行的:——表面上形成活化的氮,以及——氮扩散入材料内部对一些工业上重要的渗氮方法第一步是利用化学的相界面反应或者离子反应。     

热等离子束照射工业纯钛快速渗氮制备表面氮化层

以热等离子束作为等离子源，以氮气、氢气混合气体作为工作气体，对工业纯钛进行表面渗氮处理，并利用显微硬度仪、X射线衍射仪、扫描电镜、金相显微镜分别对氮化后试样进行显微硬度测定、相结构及断面形貌分析。结果表明：在等离子束对试样进行15min的照射后即可在工业纯钛（TA2）表面获得具有一定厚度的硬度较高的氮化层。     

热等离子束照射工业纯钛快速渗氮制备表面氮化层

以热等离子束作为等离子源,以氮气、氢气混合气体作为工作气体,对工业纯钛进行表面渗氮处理,并利用显微硬度仪、X射线衍射仪、扫描电镜、金相显微镜分别对氮化后试样进行显微硬度测定、相结构及断面形貌分析.结果表明:在等离子束对试样进行15 min的照射后即可在工业纯钛(TA2)表面获得具有一定厚度的硬度较高的氮化层.     

盐浴氮化对电工纯铁腐蚀磨损性能的影响

盐浴渗氮作为一种有效提高金属材料性能的化学热处理技术而被广泛研究,但目前鲜有在电工纯铁上的应用报道,且缺乏在不同环境下的磨损性能研究。采用盐浴氮化对电工纯铁进行处理,采用SEM、显微硬度计、XRD、XPS、盐雾测试箱、电化学工作站、摩擦磨损试验机等测试手段对渗氮层的微观组织、硬度、腐蚀行为及不同环境下的磨损行为进行测试分析。结果表明,经过渗氮处理后在试样表面形成主要为ε-Fe₃N、γ′-Fe₄N相的渗层,矫顽力和表面硬度随氮化温度和时间的增加逐渐升高,截面硬度呈梯度分布。其中580℃×4.5 h工艺试样具有最优的耐腐蚀性能,自腐蚀电位较纯铁正移,自腐蚀电流密度低于纯铁,电荷转移电阻提升了7.7倍。空气环境下,氮化试样的摩擦因数比纯铁低,氮化试样磨损率只约为纯铁的1/2;去离子水与3.5 wt.%NaCl溶液环境皆有利于降低摩擦因数,但增加了磨损率,3.5 wt.%NaCl溶液环境对材料的加速磨损效果比去离子水更明显。系统研究了盐浴渗氮对电工纯铁腐蚀磨损性能的影响,可为提升海工装备电气开关元器件的服役寿命提供一定理论指导与技术支持。     

固态NaCl和水蒸气协同作用下高纯铁的腐蚀行为

研究了高纯铁在５００－７００℃于水蒸气与ＮａＣｌ沉积盐协同作用下的腐蚀行为。表明结果：在各实验温度条件下,高纯铁在单纯空气中腐蚀１０ｈ后,增重已较为明显,但形成的腐蚀膜均匀致密：表面沉积ＮａＣｌ盐在存在抑制了高纯铁的腐蚀;与单纯空气相比,氧气和水蒸气的存在可以使高纯铁的腐蚀加剧;除ＮａＣｌ与水蒸气的协同作用则更显著地加剧了高纯铁腐蚀。用金相、Ｘ射线衍射、扫描电镜及能谱分析了腐蚀产物,提出了ＮａＣｌ     

高纯铁制备技术综述

本文介绍了溶剂萃取、离子交换、电解精炼和区域熔炼等冶金提纯方法在高纯铁制备过程中的应用。采用溶剂萃取法和离子交换法,可以除去溶液中的大多数金属杂质,得到纯度为4N的高纯铁溶液。通过氢还原或电解精炼,可进一步去除杂质元素并获得纯度为6N的金属铁材料。区域熔炼法可对铁进行进一步精炼,使纯度达到极限。对不同的原料纯度以及不同的产品纯度要求,采用的工艺方法也有相应的变化,但一般采用几种方法相结合的工艺路线制备品质优良的高纯铁。     

离子束辅助沉积Fe－N薄膜的相形成

用离子束辅助沉积方法合成Ｆｅ－Ｎ薄膜，用离子束背散射和Ｘ射线衍射方法分析薄膜成分和结构．结果表明，薄膜的组分（α－Ｆｅ，ζ－Ｆｅ２Ｎ，ε－Ｆｅ（２－３）Ｎ，γ＇－Ｆｅ４Ｎ相等）取决于沉积参数。给出了沉积温度和Ｎ／Ｆｅ原子到达比组成的相区域图．     

贫铀表面激光氮化层的结构和氧化动力学研究

为了研究激光氮化对金属铀表面结构和性质的影响,利用X射线衍射结合原位高温反应器,研究了不同激光氮化工艺后的贫铀表面结构,并对不同温度下UN的氧化过程进行了原位XRD实验分析,获得了相应条件下的氧化动力学曲线。结果显示,激光扫描速率对贫铀表面氮化层的相结构有显著影响,较快的扫描速率能够获得单一的UN结构,较慢的扫描速率将获得UN和U_2N_3的双相混合层。氧化动力学实验表明,表面激光氮化制备的UN层对基材有很好的保护作用,能够显著降低金属铀的氧化腐蚀速率。较低的温度下UN层的氧化非常缓慢,温度升至180℃以上时氧化速率明显加快,其氧化动力学曲线与贫铀有明显差异,文中对此现象和氮化层的氧化机制进行了分析和讨论。     

氮化铁和碳氮化铁纳米微粒的磁性能

研究了激光法合成的氮化铁和碳氮化铁超微颗粒的磁性能，介绍了实验方法并对实验结果进行了分析探讨。     

纯铁带钢退火后表面碳黑和氧化色的防止

针对未经脱脂处理就直接在罩式炉中进行退火处理的冷轧纯铁带钢表面常出现碳黑和氧化色等表面缺陷的问题,分析得出碳黑的主要成因是残留的碳氢化合物在高温下分解而形成分子碳沉积在带钢表面,氧化色的主要成因是出炉温度过高。通过实施大流量吹氢而创造出还原性较强的炉内气氛、定期清洁罩式炉、确保出炉温度低于150℃等措施后,基本避免了碳黑和氧化色缺陷。     

合金元素对中铬高纯铁素体不锈钢焊接性影响初探

进行了中铬高纯铁素体不锈钢SUS436,443,444薄板的不填丝TIG对接焊试验和结果分析,对其中的合金元素在提高材料焊接性中所起作用进行了定性分析,合金元素在铁素体不锈钢中除了起到提高强度和耐蚀性的作用外,在焊接热循环过程中,这些元素与铁或非金属元素形成的弥散分布的第二相粒子阻止了HAZ晶粒的过度粗化,钛和铌的作用最强,钼和铜的作用次之。此类不锈钢薄板在适当的焊接方法和焊接工艺条件下,焊接HAZ的晶粒度一般可以达到4～5级,焊接接头具有较好的综合性能。     

铁基高铬等离子束表面冶金涂层耐海水腐蚀性能

采用多元Fe基粉末,用等离子束表面冶金方法在低碳钢表面制备厚度约3～5mm的合金涂层。借助光学显微镜、X射线衍射仪、能谱仪对冶金层的组织形态、物相组成进行了研究和分析,用静态浸渍法初步研究其在海水中的耐腐蚀性能。结果表明:表面冶金层内组织均匀细密无缺陷,是固溶了大量Cr的γ-Fe相与高硬度析出相的共晶组织;表面冶金层在海水中的耐蚀性高于0Cr18Ni9Ti不锈钢,两者均表现为点蚀。     

加热温度和保温时间对镜面纯铁表面粗糙度的影响

精密零件的扩散连接中针对主要扩散工艺参数对镜面纯铁的表面粗糙度影响,选取99.99%的纯铁为研究对象,分别研究了加热温度和保温时间对纯铁表面粗糙度的影响.结果表明,在550℃以下,保温1 h,温度对纯铁表面粗糙度影响不大,在10 nm之内,但有增大趋势,在550℃以上时,纯铁表面粗糙度缓慢增大,直到912℃,纯铁发生多晶型转变,表面粗糙度有突变,由原来的几个纳米突变到700 nm,在400℃时保温时间从60~240 min,表面粗糙度变化非常小,说明在此温度下保温时间对表面粗糙度影响有限.     

氮化锌粉末的结构和化学键状态

将Zn粉末置于流量为500ml／min的NH3气流中，在600℃氮化120min，制备出高质量的Zn3N2粉末。X射线衍射（XRD）表明Zn3N2粉末具有立方结构，其晶格常数为0．9788nm。扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察发现Zn3N2粉末晶粒形状具有多样性。X射线光电子谱（XPS）表明Zn3N2的化学键状态与ZnO及金属Zn明显不同，表明N-Zn键的形成。用计算机模拟了Zn3N2晶体的立体结构，用高分辨电子显微镜（HRTEM）观察了Zn3N2粉末的内部结构，观察结果与Partin等提出的Zn3N2结构模型相符合。     

离子束沉积Al2O3纳米薄膜微观结构及形貌研究

采用离子束溅射方法在单晶Si(100)基片上沉积厚度为100nm的Al2O3薄膜,利用原子力显微镜、X射线光电子能谱、掠入射衍射等微观分析手段,研究了薄膜的表面形貌、粗糙度、成分,及退火后微观结构的变化。研究表明:室温沉积在基片上的纳米薄膜为非晶态,纳米颗粒为无方向性沉积,颗粒呈团球状,其成分基本满足Al2O3的标准成分配比。850℃×6h退火处理后,生成晶态的-γAl2O3,薄膜表面结晶完整,颗粒清晰可见。     

球墨铸铁表面等离子束熔凝硬化区组织和性能分析

研究了球墨铸铁表面等离子束熔凝硬化区的组织和性能。结果表明:工作电流达50 A时可实现球墨铸铁表面的微熔硬化处理;工作电流增大,熔凝层和硬化层的深度、宽度增加,硬度值降低;熔凝硬化后,熔凝区石墨相消失,组织为细小的变态莱氏体+残余奥氏体,相变硬化区的组织为隐针马氏体+残余奥氏体+球状石墨+铁素体;过渡区出现包围石墨球的双壳组织,对提高耐磨性有利;沿硬化层深度方向显微硬度先降后升,达到最高值后又缓慢下降。     

同步送粉等离子束表面冶金合金化涂层的凝固组织特性及形成机理

采用自行研发的同步送粉式直流放电压缩电弧等离子束表面冶金技术,利用不同粒度、不同密度、不同形状的混合粉末颗粒,在普通低碳钢表面获得了工程厚度的均匀致密的铁基合金涂层.利用OM、SEM、EDS、EMPA及XRD法研究了该合金化涂层的显微组织、物相组成、溶质分布及基材热影响区的凝固组织特征.结果表明,等离子表面冶金合金化涂层对基材具有良好的润湿性,基材表面熔化区的形成使得涂层与基材实现了完全的冶金结合.快速凝固合金化涂层具有分层凝固特征,从底部具有外延生长的平面晶到中部近等轴晶及表层的穗状晶.凝固组织为固溶了大量Cr及少量B、Si的极度过饱和的γ-(Fe,Ni)枝晶及枝晶间合金硼碳化物(Cr,Fe)7(C,B)3与γ-(Fe,Ni)共晶组织的复相组织.     

镁合金表面等离子束熔凝处理的组织和耐蚀性研究

研究了常压等离子束扫描加热AM60镁合金表面的组织与耐蚀性,分析了等离子束电流对表面熔凝层深度、硬度的影响.结果表明,在镁合金表面采用等离子束快速熔凝处理后,得到非常细密的单相α固溶体组织,熔凝层硬度达到160～200 HV0.05,深度达到0.9～1.7 mm,并且大幅度提高了镁合金表面的耐蚀性;随着等离子束电流的增加,熔凝层的深度增大,硬度下降.     

离子束辅助沉积Fe－N薄膜的相形成SCIEI

用离子束辅助沉积方法合成Ｆｅ－Ｎ薄膜，用离子束背散射和Ｘ射线衍射方法分析薄膜成分和结构．结果表明，薄膜的组分（α－Ｆｅ，ζ－Ｆｅ２Ｎ，ε－Ｆｅ（２－３）Ｎ，γ＇－Ｆｅ４Ｎ相等）取决于沉积参数。给出了沉积温度和Ｎ／Ｆｅ原子到达比组成的相区域图．