马氏体不锈钢低温等离子体稀土氮碳共渗研究

将17-4PH马氏体不锈钢在430℃进行了有无稀土添加的等离子体氮碳共渗处理,其利用OM、XRD、显微硬度计和摩擦磨损试验机研究了共渗动力学、渗层组织结构、硬度以及摩擦磨损行为.结果表明,添加稀土使共渗层组织更加致密,渗层增厚;添加稀土不改变渗层的表面相结构组成,即主要由含氮碳膨胀马氏体(α 'N)、γ '-Fe4N和CrN相组成;添加稀土可使氮碳共渗层厚度增加46％以上,渗层显微硬度可提高100 HV0.1左右,同时明显提高耐磨性能.     

17-4PH钢脉冲等离子体稀土氮碳共渗研究

基于XRD、OM、STM、TEM分析与显微硬度和磨损测试研究了17-4PH钢在500℃有无稀土添加时脉冲等离子体氮碳共渗动力学、渗层的组织结构和性能。结果表明,添加稀土不改变共渗层的表面相结构,但提高了渗层中γ-Fe4N相的比例,使表面氮浓度提高7％,渗层深度最大可增加55％,表层显微硬度提高100～200HV;无稀土添加共渗层在抛光研磨过程中发生了粘着磨损;此外,在渗层中观察到了位错、层错等晶体缺陷。     

17-4PH钢等离子体稀土氮碳共渗层的组织结构和性能

利用OM、XRD、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计和摩擦磨损试验机研究了17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢在500 ℃脉冲等离子体稀土氮碳共渗层的组织结构和性能.结果表明,稀土添加使共渗层致密;共渗层主要由α'、ε-Fe3N、γ'-Fe4N及CrN组成;添加稀土或减小氮氢比,渗层中ε-Fe3N相的比例降低.表面形貌SEM观察和EDS成分分析结果表明,共渗表面主要由弥散分布的(Fe,Cr)xNy化合物颗粒、颗粒团和颗粒团簇,以及少量"柱状"生长的γ'-Fe4N相组成;当氮氢比为1:6时,稀土氮碳共渗层表面硬度可达1580 HV0.1.随磨损时间延长,稀土添加较无稀土添加的共渗层摩擦系数变化较小.     

纳米化3J33钢稀土氮碳共渗生成相第一性原理表征

通过稀土化学热处理和第一性原理计算方法研究了纳米化3J33钢在500℃脉冲等离子体稀土氮碳共渗4h时共渗层的相结构和硬度分布以及共渗相的性质.结果表明,共渗层由厚度约5μm的化合物层和90μm的扩散层组成;共渗相主要由γ′-Fe4N和含碳氮的α′-Fe相组成;与纳米化的3J33钢相比,渗层表面硬度提高约1倍,基体时效后硬度也有所提高.计算结果表明,在共渗过程中γ′-Fe4N相较α′-Fe相更容易形成,但α′-Fe相更加稳定;γ′-Fe4N相的硬度高于α′-Fe相的硬度的主要原因是γ′-Fe4N相的N-Fe键较α′-Fe相的C-Fe键更强;此外,γ′-Fe4N相的体模量与剪切模量的比值大于1.75,因此该相具有延性.     

稀土对机械镀锌层密度与硬度的影响

通过在机械镀锌过程中添加不同量的稀土金属盐,在钢铁试样表面形成不同成分含量的锌基稀土合金镀层。通过对镀层密度和显微硬度的测量计算发现,所得锌基稀土合金镀层的密度、硬度均大于机械镀锌层;当稀土金属盐加入量为2%时镀层密度最大、显微硬度最高。     

稀土对42CrMo钢等离子体氮碳共渗组织及性能的影响

在渗剂中添加稀土,在42CrMo钢表面进行了等离子体氮碳共渗试验,并对渗层的组织形貌、显微硬度及接触疲劳强度进行了测试和分析,研究了稀土对等离子体氮碳共渗层的影响.结果表明,稀土在短时间内的催渗效果优于长时间,本次试验以低于8 h的效果最为明显;稀土有细化晶粒,使渗层组织结合得更加致密的效果,还可提高次表层的显微硬度和接触疲劳强度.     

稀土添加剂对N80套管钢低温渗铝层的影响

为了提高N80套管钢的耐腐蚀性能,采用包埋温度为540℃,保温时间为4 h的低温渗铝工艺,通过在包埋粉料中添加不同种类及含量的稀土在N80套管钢表面制备渗铝层。借助扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析所得渗铝层的微观结构及物相组成;同时,通过模拟海水介质腐蚀试验测试了渗铝N80套管钢的电化学耐蚀性能。结果表明:在包埋粉料中添加稀土可以同时改善渗铝层的微观结构和相组成;添加稀土后所得渗铝层厚度较大,渗层连续均匀;稀土元素可以增强活性Al原子的扩散能力,改变渗层中的Al含量;与原始N80套管钢和未添加稀土渗铝处理后N80套管钢相比,在包埋粉料中添加3%Ce O2所得渗铝N80套管钢的自腐蚀电流密度最低。     

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.     

催渗剂CeO2对H13模具钢表面渗铝层组织及性能的影响

采用稀土氧化物CeO2作为催渗剂对H13钢进行粉末渗铝,并在相同条件下制备了未添加催渗剂时的渗铝试样作为对比.分析了渗铝试样的横截面形貌、渗层成分及物相、显微硬度,探讨了催渗荆CeO2的添加量对渗层深度的影响.结果表明:CeO2的添加量不超过0.7%时,随着CeO2添加量的增加,渗层厚度增大,具有明显的催渗作用;添加0.7%的CeO2时,渗层表面硬度较高,这归因于形成的Al5Fe2和AlFe金属间化合物以及CeO2的细晶强化作用.     

5CrNiMo钢热锻模具渗氮强化效果比较分析

采用多元共渗软氮化及稀土催渗软氮化两种渗氮方式对5CrNiMo钢热锻模具进行处理,利用金相显微镜、X射线衍射仪,以及HDX-100数字式显微硬度计分析模具表面强化层组织、相结构以及显微硬度,研究渗氮强化处理对5CrNiMo钢热锻模具表面性能和寿命的影响。实验结果表明,经过多元共渗以及稀土催渗两种方式处理的模具,表面强化层厚度相当,约为190μm,渗氮得到的化合物主要由ε相-Fe2-3(N,C),γ'相-Fe4N和Fe3O4所组成。经过多元渗氮软氮化处理的模具渗氮层中Fe2-3N的含量明显高于经过稀土催渗软氮化处理的模具,两种处理方式得到的模具表面硬度分别提高66%和50%。两种处理方式得到的模具寿命分别延长20%和13%,单件产品成本降低8.57%和0.89%。     

合金钢稀土渗氮层的硬度增强机理

为研究合金钢稀土渗氮层硬度增强机理,采用扫描电镜、透射电镜和显微硬度计等测试方法,对3种常用合金钢的常规渗氮和稀土渗氮的显微组织和渗层硬度进行分析。结果分析认为,稀土原子的渗入导致钢表层晶粒缺陷密度增加,在缺陷处生成气团,使晶粒内氮原子偏聚区增多,晶粒亚结构细化,导致硬度提高;同时稀土原子沿晶界渗入和扩散,会诱导晶界迁移,使晶界表面突壁和扭折密度发生变化,可以使常规渗氮中容易析出的网状ε氮化物减少,降低了沿晶界断裂的可能性,在晶界强化。这些作用的叠加,提高了渗氮层的硬度,增强了材料的力学性能。     

稀土含量对Ti6Al4V钛合金等离子渗氮层组织和摩擦学性能的影响

目的研究稀土含量对Ti6Al4V钛合金表面等离子体渗氮层结构和性能的影响。方法运用等离子表面改性技术对Ti6Al4V(TC4)钛合金进行等离子渗氮处理,渗氮过程中通入不同含量的稀土作为催渗剂,以获得钛合金表面强化层。利用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察渗氮层组织,用X射线衍射仪(XRD)分析渗层相组成,用能谱仪(EDS)检测渗层的化学成分,用维氏显微硬度计测量渗层的显微硬度,用球-盘式摩擦磨损试验机和三维轮廓仪检测渗层的摩擦磨损性能。结果TC4钛合金表面等离子渗氮层结构包括表面化合物层(主要成分为δ-TiN)和扩散层(主要为N原子扩散形成的N-Ti固溶体),加入稀土可以促进N原子向基体的扩散,提高渗氮速度。渗层厚度增加,硬度和耐磨性能提高,扩散层使钛合金基体与化合物层之间的硬度梯度更加平缓。当稀土通入速率为60 mL/min时,渗层厚度可达155μm,表面硬度为1275HV0.05,摩擦系数降到0.27,磨损率明显降低。结论钛合金等离子渗氮过程中加入稀土可以有效提高渗速,改善渗氮层硬度,提高材料表面的耐磨性能。     

不同稀土掺杂固体渗铬对Cr-RE渗层结构及性能的影响

目的 改善GCr15轴承钢的表面性能,以满足其在重载恶劣工况下服役的要求。方法 采用固体包埋法对GCr15轴承钢进行渗铬处理,通过添加不同的稀土氧化物La2O3、Y2O3和CeO2,获得三种Cr-RE渗层。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）、显微维氏硬度计、Rockwell-C硬度计及球-盘式摩擦磨损试验机,对Cr-RE渗层的表面形貌、截面形貌、物相组成、渗层成分、显微硬度、结合强度和摩擦磨损性能分别进行表征。结果 不同稀土元素添加都能在GCr15轴承钢表面形成一层致密、连续的稀土改性渗铬层,其厚度为10 μm,其中Cr-La渗层韧性和结合强度最好,其压痕等级为HF1。Cr-RE渗层主要由Cr7C3、Cr2C和(Cr,Fe)7C3等相组成。Cr-RE渗层能显著提高基体表面硬度,其中Cr-Y渗层表面硬度最大可达1520 HV。三种Cr-RE渗层均有提高耐磨性和减摩作用,其中Cr-La渗层具有最好的摩擦学性能,其平均摩擦系数为0.4714,磨损率为4.4806×10?7 mm3/(N?m),其磨损机理为粘着转移和氧化磨损。结论 稀土掺杂渗铬能有效改善渗铬层的韧性和耐磨性,其中Cr-La渗层综合性能最好。     

低温活性屏等离子氮碳共渗对3Cr13不锈钢组织和耐蚀性的影响

利用XRD、OM和SEM等试验方法,研究了氮碳共渗温度对3Cr13不锈钢渗层的组织结构及耐腐蚀性的影响。结果表明:当氮碳共渗温度为450℃时,渗层主要由α'N相、少量ε相和γ'相组成;处理温度高于480℃时,渗层中开始有Cr N相析出。氮碳共渗处理样品表面的显微硬度较未处理样品明显升高,且随处理温度升高,显微硬度逐渐增大;试样表面耐腐蚀性在处理温度为450℃时显著提高,随处理温度升高耐腐蚀性降低。     

低温助渗剂Zn对N80套管钢低温渗铝层组织的影响

选用不同Zn含量配比的包埋渗剂,采用低温粉末包埋法对N80套管钢进行表面渗铝处理,依次对不同渗剂配方下所得到渗层的微观形貌、元素组成和显微硬度进行测试,分析了低温助渗剂Zn对所得渗铝层的影响.结果表明:与渗剂中添加Zn所得渗铝层相比,未添加Zn所得渗铝层均匀、致密,显微硬度较高;渗铝层厚度随Zn含量的改变呈现非线性的变化,当Zn:Al=40∶60(质量比)时,所得渗铝层的厚度可以达到80μm;不同渗剂配比下所得渗铝层主要由Al元素和Fe元素组成,渗层组织从表面向基体方向Al含量呈梯度减少,当渗剂中加入助渗剂Zn后易生成富含低铝相渗层.     

Cu-Al-Y合金稀土催渗渗铝及内氧化研究

提出了利用稀土化合物CeCl3对Cu-Al-Y合金进行催渗渗铝,研究了工艺参数对渗层厚度和质量的影响;采用工业N2中的余氧作为内氧化介质对Cu-Al-Y合金渗铝后的试样进行内氧化,研究了内氧化层的显微硬度及显微组织.研究结果表明稀土化合物CeCl3对Cu-Al-Y合金渗铝过程具有明显的催渗效果,在同等工艺条件下渗层厚度较高;内氧化后,采用稀土化合物CeCl3催渗的Cu-Al-Y试样硬度高于未采用稀土化合物CeCl3催渗的Cu-Al-Y试样.     

混合稀土对Cu-Al合金薄板内氧化组织和性能的影响

采用内氧化工艺,以工业N2中余氧为氧源,在950℃使Cu-Al-RE合金薄板内氧化成功制备了Al2O3/Cu复合材料,并对其显微硬度、电导率进行测试,用透射电子显微镜(TEM)对内氧化生成相和微观亚结构进行了分析.结果表明,与未添加混合稀土相比,Cu-Al-0.05(Ce+Y)合金950℃×2h内氧化层深度增加了22.8%,表现出明显的稀土催渗作用;TEM分析表明,在铜基体上弥散分布着大量细小均匀的γ-Al2O3颗粒;适晕添加混合稀土改善了合金的导电性,提高了合金的显微硬度,添加0.05%(Ce+Y)的Cu-Al-RE内氧化后综合性能最优.     

包埋渗剂Al含量对N80套管钢渗层组织和性能的影响

选用不同Al含量配比的渗铝剂,对N80套管钢进行包埋渗铝处理,形成渗铝层。阐述了包埋渗铝过程,并依次表征了不同Al含量渗剂所得渗铝层的金相组织、元素分布、物相组成和显微硬度。结果表明:采用不同Al含量的渗剂在950℃真空条件下可以在N80钢基体表面获得450～650μm厚度连续的渗铝层组织;渗铝层厚度随渗剂中Al含量增加而增厚;渗层组织从表面向基体方向Al含量呈梯度减少;渗剂中Al含量的不同引起渗层的物相变化,10%和20%Al含量的渗剂所得渗层组织为Fe3Al相,35%Al含量的渗剂所得渗层组织为FeAl相;不同Al含量渗剂下所得渗铝试样渗层组织的显微硬度均高于基体,从渗层表面向基体方向延伸,显微硬度逐渐降低趋于平缓。     

固体渗铬层组织结构及性能稳定性研究

采用固体粉末法在GCr15钢表面进行渗铬处理,研究了不同渗铬时间下渗层的结构和性能,并研究了自然时效对渗层结构、力学性能的影响。采用扫描电子显微镜及EDS能谱仪、X射线衍射仪研究了时效前后渗层组织结构的变化,采用显微硬度仪、纳米压痕仪、洛氏硬度计分析了时效前后渗层表面硬度、截面微区硬度、与基体的结合强度。结果表明:渗层主要由Cr_2N、(Cr,Fe)_(23)C_6和(Cr,Fe)_7C_3相组成,渗层外表面为不连续的氮化铬晶粒分布在疏松的碳化铬中,随着渗铬时间的增加,氮化铬晶粒长大;渗层下表面为碳化铬层,由外向内Cr逐渐减少,Fe逐渐增加,形成了梯度过渡层结构。渗层表面显微硬度(HV_(0.05))在14 920～16 980 MPa之间,经过1a自然时效后表面显微硬度稍有降低;截面纳米硬度表明,随着Cr含量逐渐减少,纳米硬度也相应下降。洛氏压痕结果表明,压痕周围存在放射性裂纹及不同程度的渗层剥落现象;经过1a自然时效后压痕周围只存在放射性裂纹,渗层与基体结合强度提高。     

35钢稀土快速盐浴渗氮技术及动力学分析

以35钢为材料,通过在盐浴中添加一定量稀土La进行快速稀土盐浴渗氮。利用光学显微镜、扫描电镜和显微硬度计对渗层的显微组织、渗层厚度和硬度进行了测试和分析。研究结果表明:稀土La对盐浴渗氮具有显著的催渗效果,并且当稀土La添加量为5%时化合物层达到最厚。同时稀土盐浴渗氮可大幅度提高35钢表面硬度,经过848 K×2 h、5%稀土La盐浴渗氮处理后35钢次表面硬度最高达到835 HV0.01。稀土La盐浴渗氮中氮的扩散激活能可以从常规盐浴渗氮的270 k J·mol-1降低到134 k J·mol-1,表明稀土La对盐浴渗氮具有明显的催渗作用。同时对稀土La快速盐浴渗氮的机理进行了分析。