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。     

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。     

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.     

AISI 316L不锈钢表面沉积Ti掺杂金刚石薄膜及其性能

为了进一步评价医用材料AISI 316L不锈钢表面沉积掺杂Ti类金刚石薄膜的应用性能,采用离子束辅助沉积技术在AISI 316L不锈钢表面沉积了掺杂Ti类金刚石(DLC-Ti)薄膜.分别利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、摩擦磨损试验机、电化学工作站及纳米压痕仪对DLC-Ti薄膜的晶体结构,表面与截面形貌,摩擦磨损性能,电化学性能,硬度和弹性模量进行了表征.结果表明:DLC-Ti薄膜的摩擦系数超低(0.017～0.029)且未出现磨损,自腐蚀电位和点蚀电位相对于基体向正电位方向移动.DLC-Ti薄膜综合性能较好,在整形外科及刀具等应用方面具有很好的前景.     

AISI 316L不锈钢表面沉积Ti掺杂类金刚石薄膜及其性能

为了进一步评价医用材料AISI 316L不锈钢表面沉积掺杂Ti类金刚石薄膜的应用性能,采用离子束辅助沉积技术在AISI 316L不锈钢表面沉积了掺杂Ti类金刚石(DLC-Ti)薄膜。分别利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、摩擦磨损试验机、电化学工作站及纳米压痕仪对DLC-Ti薄膜的晶体结构,表面与截面形貌,摩擦磨损性能,电化学性能,硬度和弹性模量进行了表征。结果表明:DLC-Ti薄膜的摩擦系数超低(0.017~0.029)且未出现磨损,自腐蚀电位和点蚀电位相对于基体向正电位方向移动。DLC-Ti薄膜综合性能较好,在整形外科及刀具等应用方面具有很好的前景。     

MgO纳米颗粒对AZ31B镁合金微弧氧化涂层耐磨和耐蚀性的影响

为了进一步改善AZ31B镁合金的耐磨和耐蚀性能,采用微弧氧化技术且在电解液中添加质量浓度为4g/L的MgO纳米颗粒,制备了氧化物陶瓷膜。采用扫描电子显微镜观察其表面和截面形貌,采用X射线衍射仪测试微弧氧化(MAO)膜的物相组成,利用电化学工作站,盐雾试验箱测试耐腐蚀性,利用球-盘磨损实验测试耐磨性。结果表明:添加MgO纳米颗粒后,膜层孔洞的填充,膜层成分中MgO含量的增加,使腐蚀电流密度降低至4.28×10~(-9) A/cm~2;中性盐雾试验结果表明腐蚀以点蚀和裂纹的形式发生,MgO的嵌入使腐蚀点减少和内部致密层厚度增加,从而使2N荷载、干摩擦条件下样品的摩擦系数和磨损率分别减小至0.228和1.39×10~(-5) mm~3/(N·m),耐蚀性和耐磨性得到改善。     

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。     

离子注入Nb不锈钢双极板的耐孔蚀性能研究

为了探索离子注入Nb不锈钢双极板在模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的性能,采用极化曲线、恒电位试验和电化学阻抗谱等方法研究了离子注入铌316不锈钢在PEMFC环境中耐孔蚀性能的影响.研究表明:模拟PEMFC环境中316不锈钢和离子注入铌316不锈钢试样均发生孔蚀;Nb离子的注入提高了抗孔蚀性能,且随着介质温度的升高,孔蚀倾向加剧.孔蚀的诱发是离子注入铌316不锈钢表面水解形成Nb(OH)+4,导致钝化膜局部溶解破坏所致.模拟PEMFC环境中316不锈钢表面注入铌层膜电阻Rcoat、电荷转移电阻Rct升高,而注入铌层的电容值Ccoat、双电层电容Cct下降,表明注入铌层成为高电阻、低电容的阻挡层,对基体起到良好的保护作用.     

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。     

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。     

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。     

Improvement of wear and corrosion resistances of 17-4PH stainless steel by plasma nitrocarburizing

17-4PH stainless steel was plasma nitrocarburized at 460 °C for improving its mechanical properties without compromising its desirable corrosion resistance. The plasma nitrocarburized layers were studied by optical microscope, X-ray diffractometer, microhardness tester, pin-on-disc tribometer and the anodic polarization method in a 3.5% NaCl solution. The experimental results show that the nitrocarburized layer depths increase with increasing duration time and the layers growth conform approximately to the parabolic law. The phases in the nitrocarburized layer are mainly of γ′-Fe₄N and α′-Fe with traces of CrN phase. The surface hardness of the modified specimen is more than 1200 HV, which is three times higher than that of untreated one. The friction coefficient and corrosion resistance of the specimen can be apparently improved by plasma nitrocarburizing. With the increase of duration time, the surface hardness slightly decreases whereas the friction coefficient and corrosion resistance of the modified specimen are first increase and then decrease. The 8 h treated specimen has the lowest friction coefficient and the best corrosion resistance in the present test conditions.     

铸造双相不锈钢点腐蚀行为研究

采用化学浸泡腐蚀试验及微观组织和化学成分分析研究了5种铸造双相不锈钢在6%Fe Cl3溶液中的点腐蚀行为,并与316L奥氏体不锈钢进行了对比。结果表明,铸造双相不锈钢的抗点腐蚀性能均优于316L的,腐蚀速率和点腐蚀深度均小于316L奥氏体不锈钢的;双相不锈钢主要耐点蚀能力合金元素在奥氏体和铁素体相内分布不均匀,铬、钼更多地分配于铁素体相内,而镍、氮则更多地分配于奥氏体相内,铁素体相的耐点蚀指数PRE(Cr%+3.3Mo%+16N%)大于奥氏体相;双相不锈钢的耐点腐蚀性能与化学成分有关,随着PRE的增加,双相不锈钢的耐点腐蚀性能提高,铜元素在铁素体内析出的富铜相导致点蚀优先在铁素体内发生和发展。     

Verschleißschutz und Korrosionsbeständigkeit von austenitischem Stahl durch Plasmadiffusions behandlung

In this paper, we report on a series of experiments designed to study the influence of plasma nitriding on the mechanical properties and the corrosion resistance of austenitic stainless steel. Plasma nitriding experiments were conducted on AISI 304L steel in a temperature range of 375‐475°C using pulsed‐DC plasma with different N ₂‐H ₂ gas mixtures and treatment times. First of all, the formation and the microstructure of the modified layer will be highlighted followed by the results of hardness measurement, adhesion testing, wear resistance and fatigue life tests. In addition the corrosion resistance of the modified layer is described. The microhardness after plasma nitriding is increased by a factor of five compared to the untreated material. The adhesion is examined by Rockwell indentation and scratch test. No delamination of the treated layer could be observed. The wear rate after plasma nitriding is significantly reduced compared to the untreated material. Plasma nitriding produces compressive stress within the modified layer. This treatment improves the fatigue life which can be raised by a factor of ten at a low stress level. The results show that plasma nitriding of austenitic stainless steel is a suitable process for improving the mechanical and the technological properties without significantly effecting the excellent corrosion resistance of this material.     

Wear characteristics of a new type austenitic stainless steel

In order to solve the problem of the poor wear resistance in conventional austenitic stainless steels, a new type austenitic stainless steel was designed based on Fe–Mn–Si–Cr–Ni shape memory alloys in this article. Studies on its wear resistance and wear mechanism have been carried out by comparison with that of AISI 321 stainless steel using friction wear tests, X-ray diffraction, scanning electron microscope. Results showed that the wear resistance of Fe–14Mn–5.5Si–12Cr–5Ni–0.10C alloy was better than that of AISI 321 stainless steel both in dry and oily friction conditions owing to the occurrence of the stress-induced γ → ε martensitic phase transformation during friction process. This article also compared the corrosion performance of the two stainless steels by testing the corrosion rate. Results showed that the corrosion rate of Fe–14Mn–5.5Si–12Cr–5Ni–0.10C alloy was notably lower in NaOH solution and higher in NaCl solution than that of AISI 321 stainless steel.     

等离子喷涂法制备Al/TiB2复合电极及电化学性能研究

采用等离子喷涂法制备出Al/TiB_2电极。运用SEM、XRD表征复合电极界面的组织形貌和物相结构,研究在相同送粉电位、喷涂距离条件下不同喷涂功率对复合电极界面电阻率及电化学性能的影响。结果表明:等离子喷涂法制备的Al/TiB_2复合电极表面涂层的物相组成为TiB_2。喷涂后的TiB_2可均匀致密地涂在Al基体表面,但并未与Al发生界面反应,而是形成机械式结合。当喷涂功率、送粉电位和喷涂距离分别为34kW、12V、10cm时试样界面电阻率最小为1.22×10~(-6)Ω·cm,较Ti/Al电极降低66%,腐蚀电流密度(1.47×10~(-4) A/cm~2)较Ti/Al电极降低81%,腐蚀电压(-0.579V)较Ti/Al电极增加35%,其耐腐蚀性能达到最好。     

高温时效后的310不锈钢高温硫腐蚀研究

研究了310不锈钢在气氛总压为10^-5Pa,于2.3％SO2－S2－8.8％N2气氛中600℃下的高温硫腐蚀行为。利用金相、能谱及X射线衍射等分析手段对其腐蚀形貌、成分及结构进行了分析。结果表明：310不锈钢于700℃,10000h时效在其晶界大量析出σ相,造成晶界附近贫Cr,从而降低了晶界抗硫腐蚀性能,使高温时效处理后的310不锈钢6抗硫腐蚀能力明显降低,未时效处理的310不锈钢以均匀腐蚀为主,时效处理后的则以晶界腐蚀为主,并伴随有均匀腐蚀。     

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。