添加微量硼对离子渗氮渗层组织性能的影响EI北大核心CSCD

以42CrMo钢为材料,探索添加微量硼对离子渗氮效率和渗层组织性能的影响。利用光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、摩擦磨损测试仪等仪器对截面显微组织、物相、截面硬度、渗层韧性以及耐磨性等性能进行测试和分析。研究结果表明,离子共渗可显著提高渗氮效率,在相同离子渗氮工艺520℃保温6 h条件下,化合物层厚度随B添加量增加逐渐加厚,由常规离子渗氮处理后的18.78μm增加到29.44μm;同时硼氮离子共渗后在化合物层与扩散层相连处形成了锯齿状垂直楔入基体的硼铁化合物FeB和Fe_(2)B,达到增强渗层与基体结合力及提高渗层硬度的显著效果。随B添加量增加,试样表面硬度和有效硬化层深度都逐渐提高,表面硬度可由常规离子渗氮的750 HV_(0.05)提高至100 2 HV_(0.05);有效硬化层厚度由常规离子渗氮的265μm增加到355μm,相当于渗氮效率提高约35%。硼氮离子共渗处理后试样耐磨性和渗层韧性明显高于常规离子渗氮。     

离子氮碳共渗与离子渗氮复合处理对45钢组织与性能的影响

为进一步提高渗层厚度及渗层性能,对45钢进行离子氮碳共渗与离子渗氮复合处理。采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和光学显微镜对渗层厚度、物相组成、截面与表面硬度、渗层脆性进行了分析。结果表明,复合处理可使45钢获得比单一离子渗氮或离子氮碳共渗更快的渗速、更优的性能。相同的处理时间下,复合处理渗层厚度比单一离子渗氮或离子氮碳共渗大幅度增加,有效硬化层比单一离子渗氮增加约35μm,提高约1倍,同时渗层脆性显著降低。物相分析表明复合处理后化合物层中ε相和γ'相的相对含量发生了变化,即ε相增多,而γ′相减少。     

42CrMo钢离子渗氮+后氧化复合处理研究

在脉冲等离子渗氮炉中42CrMo钢进行离子渗氮和后氧化复合处理,离子氧化介质为普通空气。采用金相显微镜、X射线衍射仪、电化学性能分析测试仪对复合渗层的显微组织、物相及耐腐蚀性进行了测试和分析。研究结果表明,复合渗层硬度较单一离子渗氮得到的有不同程度的提高,最大硬度达到760 HV0.05;42CrMo钢离子渗氮后进行氧化处理可在氮化层上形成一层1~2μm厚的氧化层,该氧化层由Fe2O3和Fe3O4组成;后氧化显著提高42CrMo钢的耐蚀性,其中400℃×60 min后氧化获得最佳耐蚀性。     

离子氮铝共渗方法及对42CrMo钢组织性能的影响

目的 研发离子氮铝共渗试验方法,达到不影响42CrMo钢基体组织性能前提下,显著提高试样表面硬度和耐磨性效果。方法 采用电解法在42CrMo钢表面沉积氢氧化铝膜,再在520 ℃/4 h工艺下进行离子氮铝共渗处理,并在相同工艺参数条件与传统离子渗氮进行对比。用光学显微镜、维氏显微硬度计、摩擦磨损测试机、X射线衍射仪及SEM对截面显微组织、截面硬度、耐磨性及物相等进行了测试和分析。结果 获得了离子氮铝共渗试验方法,在520 ℃/4 h相同工艺参数下,离子氮铝共渗形成的化合物层和有效硬化层厚度比常规离子渗氮显著增加,其中,化合物层厚度由17.24 μm增加到52.13 μm,有效扩散层从175 μm增加到1 050 μm,相当于等离子处理效率提升6倍;同时,渗层形成了AlN及FexAl强化相,大幅度提高了渗层的硬度及耐磨性能。表面硬度由750HV0.025提高到1 250HV0.025,摩擦因数由常规离子渗氮0.52下降到0.29,磨损率由常规离子渗氮3.22×10^?5 g/(m.N)下降到1.21×10^?5 g/(m.N),磨痕明显减轻。结论 采用电解硝酸铝生成氢氧化铝沉淀附着在工件表面作为预处理,获得了离子氮铝共渗试验方法,与常规离子渗氮相比,离子氮铝共渗形成了多层次渗层结构,大幅度提高常规离子处理效率、表面硬度及耐磨性。     

合金元素对离子碳氮共渗层生长动力学影响

以45钢和42CrMo钢为材料,对比研究了合金元素对离子碳氮共渗化合物层生长动力学的影响。利用光学显微镜、显微硬度计和X射线衍射仪对化合物层的显微组织、厚度、硬度及物相进行了测试和分析。结果表明,相同工艺条件下,42CrMo钢表面形成的化合物层厚度比45钢薄,但有效硬化层较厚,表面硬度高且截面硬度梯度较为平缓;随着保温时间的延长,45钢离子碳氮共渗后化合物层中的主要物相发生了γ'-Fe4(C,N)→ε-Fe2-3(C,N)的转变,而在42CrMo钢表层则无该转变,但出现了CrN、CrC及Mo2(C,N)相;动力学分析表明42CrMo钢形成化合物层的扩散激活能为66.95kJ/mol,接近45钢27.89kJ/mol的2.5倍,同时分析了合金元素对活性C、N原子扩散的影响机理。     

预氧化+稀土铈对42CrMo钢离子渗氮的影响

针对离子渗氮渗层浅及生产周期长等技术难题,采用预氧化与稀土复合催渗对工程常用结构钢42CrMo进行了离子渗氮。利用显微硬度计、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等对渗氮速率、渗氮层组织、表面形貌等进行了系统的研究。结果表明,经400 ℃×1 h氧化+0.6 cm²/kg(铈表面积/装炉量)稀土的复合催渗工艺具有最佳催渗效果;与无催渗试样相比,优化后的复合催渗不仅提高了渗氮效率,同时减少了脉状氮化物,且降低了渗氮层的硬度梯度。     

42CrMo钢离子氮碳氧多元共渗及动力学分析北大核心CSCD

以42CrMo钢为材料,通过在离子氮碳共渗过程中添加空气进行离子氮碳氧多元共渗。采用扫描电镜、光学显微镜、X射线衍射仪和显微硬度计对渗层形貌、渗层厚度、渗层物相和截面硬度进行分析。研究结果表明,在传统离子氮碳共渗过程中添加适量的空气具有显著的催渗效果,且以空气流量为0.3 L/min的效果最佳,截面硬度也得到大幅度提高。离子氮碳氧多元共渗中氮原子的扩散激活能从传统离子氮碳共渗的56.12 k J/mol降低到25.27 k J/mol。同时,对离子氮碳氧多元共渗的机理进行了分析。     

离子铝氮复合渗对渗层组织性能的影响

为解决高温渗铝存在的基体组织粗化及离子渗氮效率低等问题,研发离子铝氮复合渗。以调质态42CrMo钢为材料,先采用电解硝酸铝法在工件表面沉积氢氧化铝膜,然后进行离子渗氮处理,在不影响基体组织性能的前提下,研发离子铝氮复合渗创新技术。采用SEM、光学显微镜、EDS、XRD、显微硬度计、电化学工作站、摩擦磨损测试机及三维轮廓仪等测试手段,对离子铝氮复合渗层进行测试分析。研究结果表明,离子铝氮复合渗处理后,试样表层高效形成多层次化合物渗层,在（520℃/4 h）工艺条件下,化合物层由17.24μm增加到51.23μm,提升约3倍;有效硬化层由175μm增加到1 050μm,提升约6倍。同时,化合物层中形成高硬度AlN及FexAl相;表面硬度由离子渗氮750 HV0.025提高到1 250 HV0.025;渗层耐蚀耐磨性比离子渗氮大幅度改善,腐蚀速率由5.42μm/a降低到1.23μm/a;摩擦因数由5.2降低到2.9,磨痕明显变窄变浅,表面未有明显磨损裂纹。首次采用沉积氢氧化铝膜作为预处理,成功研发高性能离子铝氮复合渗技术。     

低温离子氮碳共渗温度对AerMet100钢摩擦学性能的影响

研究了不同温度对AerMet100钢渗氮层和氮碳共渗层的显微组织、表面硬度、渗层截面硬度梯度以及耐磨性的影响,并考察了渗层的磨损机理。结果表明,氮碳共渗层相较于渗氮层表面生成的化合物更加细小,表面更加平整光滑;离子渗氮、离子氮碳共渗处理都可显著提高AerMet100钢的表面硬度;随着温度的增加,共渗层厚度也明显增加;氮碳共渗层比渗氮层具有更低的摩擦因数,在共渗温度为480 ℃时氮碳共渗试样具有最低摩擦因数和磨损率,表现出最佳的耐磨性。渗氮层的磨损机理为氧化磨损和表面疲劳磨损,氮碳共渗层的磨损机理为氧化磨损、磨粒磨损以及表面疲劳磨损。     

微量钛对离子渗氮渗层特性及性能的影响

为调控离子渗氮渗层特性,获得少脆性化合物层、厚韧性扩散层的渗氮层,提高离子渗氮渗层抗冲击性和重载下的耐磨性,对 42CrMo 钢进行了添加微量钛的创新离子渗氮处理。 利用光学显微镜、SEM、XRD 和显微硬度计对渗层的截面显微组织、表面形貌和成分、物相和截面硬度进行了测试和分析。 结果表明:添加微量钛离子渗氮可显著改善渗层特性,获得少化合物层的高硬高韧渗氮层,同时显著提高离子渗氮效率。 在 540 ℃ ×4 h 工艺条件下,添加微量钛可使离子渗氮有效硬化层厚度显著增加,由常规离子渗氮的 225 μm 增加到 380 μm,即渗氮效率提高近 70%;有效硬化层厚度提高的情况下,化合物层厚度反而减薄,由常规离子渗氮的 19 μm 降低到 10 μm,即化合物层厚度降低了约 50%;渗层中化合物层与有效硬化层之比值由常规离子渗氮的 8. 5%降低到 2. 6%。 同时添加微量钛离子渗氮渗层中形成了高硬度强化相 TiN,使渗层表面硬度由 703 HV0. 05 提高至 895 HV0. 05 。 添加微量钛离子渗氮获得了薄化合物层、高硬高韧、厚有效硬化层的优良渗氮层特性,该渗层特性对改善离子渗氮零部件抗冲击性和重载下的耐磨性具有重要研究和应用价值。     

不锈钢零件表面离子渗氮的研究与应用

不锈钢耐蚀性好,耐磨性差,在许多工况下推广受到限制。研究与实践证明,通过合理的选材,采用等离子渗氮处理,能更好地挖掘不锈钢的潜力,延长不锈钢零件寿命。     

内燃机活塞环的等离子渗氮

阐述了活塞环等离子渗氮设备、工艺及渗氮层的检测方法。活塞环经过等离子渗氮处理,提高了活塞环的表面硬度和耐磨性。通过磨损试验发现,经等离子渗氮的试样摩擦力矩小,即摩擦系数小,减摩性好。同时磨合接触面的温度低,有利于活塞环在缸套中高速运动时建立润滑油膜,提高了活塞环的抗咬合性,延长了活塞环的使用寿命。     

活性屏离子渗氮技术的研究

在真空室内放置一个钢制网状圆筒，并与直流高压电的负极相接，在直流电场的作用下，通过气体离子对圆筒的轰击溅射，产生了一些纳米数量级的活性粒子，利用这些高活性的纳米粒子簇可以对放置在圆筒内的钢件表面进行渗氮处理。试验证明，这些活性粒子是中性的Fe4N粒子，被处理的工件既可以处于悬浮电位，也可以接地。活性屏离子渗氮可以获得和直流离子渗氮同样的处理效果，并解决了直流离子渗氮技术多年来一直存在的许多难以克服的问题。     

304 不锈钢低温离子渗氮及氮碳共渗处理

目的研究304不锈钢离子渗氮层和氮碳共渗层的组织、硬度及耐磨、耐蚀性能,并考察渗层的磨损机理。方法利用离子渗氮及氮碳共渗工艺在304不锈钢表面获得硬化层,利用XRD,OM及共聚焦显微镜、显微硬度仪、电化学测试仪,分析处理前后渗层的组织、相结构及渗层的硬度及耐磨耐蚀性能。结果 304不锈钢氮碳共渗和渗氮层主要为S相层,在相同工艺条件下,氮碳共渗工艺获得的渗层为γN+γC的复合渗层,且厚度大于单一渗氮层。渗氮层和氮碳共渗层硬度约为基体硬度的3.5倍。在干滑动摩擦条件下,氮碳共渗层比渗氮层具有更好的耐磨性能;渗氮层的磨损机理为磨粒磨损的犁沟效应和断裂,氮碳共渗层的磨损机理为磨粒磨损的犁沟和微切削。电化学测试表明,渗氮层和氮碳共渗层的耐蚀性能均优于基体。结论 304不锈钢在420℃进行离子渗氮和氮碳共渗处理后,硬度和耐磨性能可大幅提高,且氮碳共渗处理效果更佳。     

新型多功能离子渗氮炉

介绍一种新型多功能离子渗氮炉,与传统的离子渗氮炉相比,具有节能、保温性能好、升温快、冷却快、温度均匀性好、维修保养方便、承重能力强、功能多等优点。     

汽车模具的离子渗氮

讨论了汽车覆盖件铸铁模具和汽车锻件合金钢模具的离子渗氮技术,阐述了汽车模具离子渗氮生产与检验的设备、工艺。生产实践表明,合理离子渗氮可以大大提高汽车模具的质量和延长其使用寿命。     

H13模具钢离子渗氮层的组织与性能

利用10kW的等离子体气相沉积炉对H13钢进行了离子渗氮处理，研究了不同温度及时间对渗氮层组织及性能的影响。结果表明，采用合适的处理温度和时间，可以得到最佳的渗氮层化合物相组成及表面硬度，在保证一定的渗氮层深度条件下，H13钢的耐磨性能明显提高。     

Study of the Active Screen Plasma Nitriding

Active screen plasma nitriding (ASPN) is a novel nitriding process, which overcomes many of the practical problems associated with the conventional DC plasma nitriding (DCPN). Experimental results showed that the metallurgical characteristics and hardening effect of 722M24 steel nitrided by ASPN at both floating potential and anodic (zero) potential were similar to those nitrided by DCPN. XRD and high-resolution SEM analysis indicated that iron nitride particles with sizes in sub-micron scale were deposited on the specimen surface in AS plasma nitriding. These indicate that the neutral iron nitride particles, which are sputtered from the active screen and transferred through plasma to specimen surface, are considered to be the dominant nitrogen carder in ASPN. The OES results show that NH could not be a critical species in plasma nitriding.     

活性屏与工件的距离对40Cr钢活性屏离子渗氮行为的影响

为提高40Cr钢的抗磨及耐蚀性能,用304不锈钢冲孔板制成的活性屏对40Cr钢进行离子渗氮(ASPN)处理,研究了活性屏与工件的距离对渗层组织结构和性能的影响,并与普通直流离子渗氮(DCPN)进行了比较。用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、辉光放电光谱仪(GDOES)、显微硬度计、往复摩擦磨损试验机和电化学工作站对渗层组织、相成分、硬度、耐磨及耐腐蚀性能进行分析。结果表明:经不锈钢活性屏离子渗氮处理后,试样表面得到了致密均匀的渗氮层,渗层主要由ε-Fe2-3N、γ′-Fe4N和CrN相组成,且随着试样与活性屏距离从10mm、20mm增加到30mm,对应的渗层厚度从6μm、4.7μm减小到3.5μm。经氮化处理后,40Cr钢的耐磨性和耐腐蚀性都有显著的提高,ASPN处理后试样的耐腐蚀性较DCPN有明显的提高。     

离子渗氮和固溶复合处理制备深层含氮奥氏体不锈钢

目的 通过离子渗氮和固溶复合处理制备深层含氮奥氏体不锈钢,获得硬度、耐蚀性和耐磨性等综合性能优良的奥氏体不锈钢。方法 将304奥氏体不锈钢试样放在LD-8CL型直流等离子体渗氮炉内,在400 Pa下进行560 ℃、4 h的离子渗氮处理,渗氮后进行1050 ℃、8 h的固溶处理。使用HXD-1000TMC型显微硬度计、DMI-3000M型金相显微镜、D/max-2500型X射线衍射仪（XRD）、Thermo250XI型X射线光电子能谱仪（XPS）、CS 350电化学测量系统和万能摩擦磨损试验机,对经过复合处理的304不锈钢的截面硬化梯度、截面组织、物相、表面成分、耐蚀性和耐磨性进行研究分析,验证此复合处理对获得硬度高、耐蚀性和耐磨性好等综合性能优良的奥氏体不锈钢的适用性。结果 经过复合处理,不锈钢表面的氮原子数分数为1.56 %,且为单一奥氏体相?N。?N所对应的衍射峰相对于不锈钢基体向左偏移,有效硬化层深达1.0 mm,不锈钢的表面硬度从基体的210HV0.025提高到308HV0.025。不但提高了深层含氮奥氏体不锈钢的耐磨性,而且提高了不锈钢的耐蚀性,腐蚀电位从基体的-0.534 V提高到-0.422 V,摩擦系数由基体的0.8降到0.7。结论 离子渗氮和固溶复合处理适用于制备综合性能优良的深层含氮奥氏体不锈钢。工艺设计时,可以根据材料服役要求,选择合适的固溶工艺,从而获得满足不同综合性能要求的含氮不锈钢。