离子能流密度对AISI304不锈钢氮化层摩擦性能的影响

采用低温等离子体氮化技术,对AISI304不锈钢进行表面氮化处理。考察了离子能流密度对不锈钢氮化层性能的影响。运用X射线衍射、扫描电镜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。结果表明:AISI304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。在氮化处理过程中,离子能流密度受工作压力及基片负偏压影响较大。离子能流密度变化能显著影响不锈钢氮化层的摩擦性能,随着离子能流密度的增加,氮化层显微硬度增大,摩擦系数减小,耐磨损性能上升。     

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。     

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.     

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。     

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.     

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.     

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.     

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。     

槽电压对纯铁表面液相等离子体电解硼碳氮三元共渗层摩擦磨损性能的影响

利用液相等离子体电解渗技术分别在340,360V和380V槽电压下对纯铁进行硼碳氮三元共渗(PEB/C/N)表面处理。分析纯铁表面PEB/C/N共渗层的形貌、成分、相组成和显微硬度分布。采用球-盘摩擦磨损仪评估槽电压对渗层摩擦磨损性能的影响,并分析渗层与ZrO_2球对磨时磨损机理。纯铁表面的PEB/C/N三元共渗层厚度随着放电电压升高而增大,最高硬度也相应增加。380V处理1h后硼碳氮三元共渗层中渗硼层和过渡层厚度分别达到26μm和34μm,渗层最高硬度可以达到2318HV。硼碳氮三元共渗层的磨损率仅为纯铁基体的1/10。硼碳氮共渗处理大幅度降低纯铁的摩擦因数和磨损率,但不同槽电压下制备的PEB/C/N共渗层的摩擦因数和磨损率变化较小。     

RF-ICP等离子体氮化304不锈钢过程中离子束流密度对氮化层的影响

研究了射频电感耦合等离子体RF-ICP低温氮化304奥氏体不锈钢过程中离子束流的重要作用。带有负偏压的不锈钢样片被插入到射频电感耦合等离子体反应器中。氮离子束流密度和等离子体成分分别用毫安表和一个等离子体光发射谱仪来实时监测。XRD测试结果发现在不锈钢的表层出现了明显的多组分的氮化物微结构,这说明不锈钢成功地被氮化。系统地研究了离子流密度变化显著的影响不锈钢的氮化效果。随着离子束流密度的增加氮化物成分增加同时γ相奥氏体成分减少。同时也研究了氮离子流密度及等离子体发射谱线强度随操作压力、偏压的演变过程。通过实验数据分析提出了利用射频等离子体氮化304不锈钢的合理的氮化区。     

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。     

M2高速钢表面脉冲爆炸-等离子体改性后的组织结构及性能

为进一步提高高速钢工模具的性能,首次利用脉冲爆炸-等离子体(PDT)技术对M2高速钢进行了表面改性,利用SEM、XRD分析了M2高速钢经PDT处理前后的表层组织和相结构,采用显微硬度计、摩擦磨损试验机及极化曲线研究了M2高速钢经PDT处理前后的显微硬度、耐磨性能和耐蚀性能。结果表明:PDT处理使M2高速钢表层发生马氏体α’-Fe向奥氏体γ-Fe的相转变过程,随着PDT处理脉冲个数的增加,奥氏体含量增加,且部分碳化物固溶于奥氏体中;经PDT处理后,M2高速钢表面形成平均厚度为8.9μm的改性层,改性层组织细小致密,碳化物颗粒细小且分布均匀;在PDT处理过程中的爆炸冲击产生的高温高压作用下,高速钢表层在深度达100μm范围内显微硬度得到提高,耐磨性能最多提高了2.3倍,耐腐蚀性能也明显改善。     

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。     

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。     

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.     

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.     

脉冲阴极弧金属等离子体源的调试及其应用

对脉冲阴极弧金属等离子体源的工作参数进行了测量,研究了离子流与磁导管偏压以及磁场电流与离子流之间的关系,确定了其最佳工作参数.并应用该脉冲阴极弧金属等离子体源和等离子体浸没离子注入与沉积技术制备了TiC薄膜.对改性层的显微硬度、摩擦磨损性能和膜基结合力进行了测试分析.结果表明:合成TiC薄膜后,试样的显微硬度、摩擦磨损性能得到了明显的改善,并且膜层与基体之间的临界载荷为36.03 N.     

脉冲爆炸-等离子体技术处理对T8钢表层组织和性能的影响

采用脉冲爆炸-等离子体(PDP)技术对T8钢进行表面改性处理,电容分别为600,800,1000μF。采用SEM,XRD分析了PDP处理前后T8钢的表层组织和相结构的变化,利用显微维氏硬度计和摩擦磨损试验机研究了PDP处理前后T8钢的显微硬度和耐磨损性能的变化。结果表明:随着电容的增加,T8钢表面先发生光滑化,然后出现大量火山状熔坑,熔坑的出现是由PDP的能量和材料本身的不均匀性造成的。PDP处理使T8钢表面发生由马氏体α′-Fe向奥氏体γ-Fe的转变,并发生渗氮现象形成Fe_3N。T8钢改性层厚度随着电容的增加而增加,当电容为1000μF时,改性层平均厚度为68.27μm,其组织由柱状组织和细化组织组成。随着电容的减小,柱状组织厚度也减小。PDP处理后T8钢改性层显微硬度提高约2倍,耐磨损性能也明显改善,最高为基体的2.6倍。     

CoCrMo合金氮化处理后粗糙度对超高分子量聚乙烯摩擦磨损性能的影响

采用低压高频脉冲等离子体浸没离子注入与氮化技术对CoCrMo合金进行氮离子注入及氮化处理,在25%的小牛血清溶液中,利用往复式摩擦磨损实验机评价CoCrMo合金氮化处理后表面粗糙度对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)摩擦磨损性能的影响。研究结果表明,CoCrMo合金氮化处理后表面粗糙度较小(Ra=0.0176μm)时,超高分子量聚乙烯主要磨损机制为粘着磨损;CoCrMo合金氮化处理后表面粗糙度较大(Ra=0.1529μm)时,超高分子量聚乙烯的磨损以磨粒磨损为主,在这两种情况下,UHMWPE磨损率较高。而当改性CoCrMo合金表面粗糙度为Ra=0.1145μm时,UHMWPE的磨屑可能转移到对偶件表面,并起一定的隔离和润滑作用,有效地削弱粗糙峰的切削作用,使得UHMWPE的磨损率最低。