纯氮气氛下活性屏离子渗氮处理及其影响因素

利用活性屏离子渗氮(ASPN)技术对38CrMoAl钢在纯氮气氛下进行离子渗氮处理,对渗氮层的硬度、深度、组织结构以及收集粒子的形貌、结构等进行了分析研究.结果表明,电压较低时,Fe主要与O结合生成大量的氧化铁而不能进行ASPN处理,氧起主导作用;只有在电压较高、Fe与N的结合能力较强时才主要生成吸附大量活性氮原子的氮化铁进行ASPN处理.     

纯氮气氛下铜制活性屏离子渗氮试验

铁-氮化合物微粒被认为是活性屏离子渗氮过程中活性氮原子的主要输运载体,试验采用既不吸附氮也不与氮反应生成化合物的铜制活性屏和纯氮气氛,在没有铁-氮化合物微粒的情况下,对45钢试样进行渗氮处理.结果表明,在此条件下,45钢存在渗氮层,渗氮过程除依托铁-氮化合物输运外,活性氮原子还有其它重要的不可忽视的输运方式.     

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。     

高速钢的活性屏离子渗氮

利用活性屏离子渗氮技术对W18Cr4V高速钢进行渗氮处理,对其组织、硬度和渗层深度进行分析,并与普通直流离子渗氮作比较.结果表明,经活性屏离子渗氮处理后.渗氮层硬度梯度变得平缓.且最高硬度不在表面,而是在距表面一定距离处,这将能提高高速钢的耐疲劳性能,改善高速钢的内在质量.     

304不锈钢双活性屏离子渗氮

目的 考察304不锈钢双活性屏离子渗氮技术的可行性及处理效果.方法 利用双活性屏离子渗氮(DASPN)和普通直流离子渗氮(DCPN)两种技术对304不锈钢进行低温(420℃)硬化处理,对比分析两种工艺所得渗层的组织,对比研究两种工艺所得渗层的相结构、硬度和耐蚀性能.结果 采用DASPN技术可获得比采用DCPN技术更为均匀、致密的渗层,渗层为单一S相层,硬度为763 HV0.25.电化学测试表明,两种渗氮技术相比,DASPN处理获得的渗层耐蚀性能更优.结论 采用DASPN技术对304不锈钢进行低温硬化处理,在试样距双屏的距离为70 mm时能够获得比DCPN更好的渗氮效果.该技术适于工业化推广应用.     

纯氮离子渗氮工艺及机理研究

采用高电压低气压、闭炉保温的渗氮工艺对合金钢在纯氮气氛下进行离子渗氮，测定了渗氮层的硬度梯度、渗层深度和相组成。在相同的渗氮时间里，纯氮离子渗氮获得了比以氨气作为渗氮气源进行离子渗氮更好的效果。而且克服了氨气渗氮容易产生环境污染的缺点。通过对纯氮渗氮不同工艺的对比试验，发现只有在足够高的电压下才有明显的渗氮效果。分析了离子渗氮过程中阴极位降区离子的行为，也对渗氮电压如何影响活性氮原子的产生进行了定量的计算，探讨了纯氮离子渗氮的机理。     

活性屏离子渗氮技术中偏压电源伏安特性

研究了活性屏离子渗氮技术中,气体成分、主电压、温度、压强以及笼子尺寸对偏压伏安特性曲线的影响,并用气体放电理论对曲线做出了解释。实验结果表明,在H2或N2/H2气氛中,偏压的伏安特性曲线呈线性增长;而在纯N2气氛中,偏压的伏安特性曲线则呈非线性,并在250 V时出现拐点。研究还发现,在偏压一定的情况下,偏流会随着主电压和气压的升高而增大,随着温度的升高而减小,而笼子尺寸对偏压的伏安特性曲线的影响比较小。     

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。     

工业纯钛的离子渗氮

工业纯钛经离子渗氮后,表面可生成金黄色的、组织致密的、耐腐蚀和耐磨性能优异的氮化钛渗层。本文介绍了渗氮工艺,渗层性能分析,以及试制的电池粉芯模等的使用效果。     

工件电位对奥氏体不锈钢活性屏离子渗氮的影响

用活性屏离子渗氮技术分别对处于悬浮电位和阳极电位的AISI 316L奥氏体不锈钢进行低温渗氮处理.并对渗氮层的组织、形貌、相结构、显微硬度和耐蚀性能进行分析.结果表明,在这两种电位状态下处理的试样均可获得具有S相结构特征的单相硬化层.渗氮层不仅具有高的硬度,还有良好的耐蚀性能.在活性屏离子渗氮过程中,从活性屏上溅射下来的中性S相粒子也可以起到氮载体的作用.活性屏空间中性粒子和电子的撞击足以消除不锈钢表面钝化膜对氮的阻隔作用.     

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.     

材料的活性屏等离子渗氮

近年来,等离子渗氮技术的迅速发展和在表面工程领域的应用呈现出减缓的趋势,其原因是传统的直流等离子体技术存在一些固有的缺点,例如,炉温难以保持均匀,等离子体不够稳定以及因打弧而引起工件表面损伤等。克服这些不足之处的努力促使了活性屏等离子渗氮(ASPN)技术的发展。本文从技术和环境优势角度证明,ASPN可以应用于低合金钢、工具钢、不锈钢以及能进行传统直流等离子渗氮的其他钢种。此外,ASPN可以处理不适合直流等离子渗氮的非导电材料,如经氧化处理的钢和高分子材料。从长远看,对环境友好且技术先进的等离子渗氮比传统的盐浴和气体渗氮更有优势。活性屏等离子渗氮技术是充分发挥等离子体技术在化学热处理及有关表面工程中应用潜力的新方法。     

活性屏等离子体源渗氮工艺特性及传质机制

为揭示活性屏等离子体源渗氮工艺特性（试样偏压电位和试样距屏高度）对AISI 316奥氏体不锈钢渗氮效果的影响规律,利用最小二乘法线性回归拟合了不同工艺条件下渗氮层厚度数据,绘制了活性屏等离子体源渗氮AISI 316奥氏体不锈钢的工艺特性图,以此确定其最佳工艺参数。并通过对金属网屏上溅射颗粒的化学成分和相结构分析,探讨了活性屏等离子体源渗氮的传质机制。结果表明：渗氮层厚度随试样距屏高度增大而降低,当适当降低渗氮气压或试样施加一定负偏压时,均有助于提高渗氮层的厚度,并且证实了"溅射-再沉积"模型是活性屏等离子体源渗氮重要的传质机制。     

离子渗氮新技术的研究现状

为了克服传统离子渗氮的一些固有缺点，近些年来出现一些新的离子渗氮技术，如活性屏离子渗氮、等离子体源离子渗氮、离子注入离子渗氮等，本文简要介绍了这些新技术及其原理、特点，总结了这类技术的共性模型。其中，活性屏离子渗氮技术和等离子体源离子渗氮技术有着明显的设备和工艺优势，可能成为离子渗氮技术的发展方向。     

阴极电压和供氮方式对纯氮离子渗氮的影响

分别研究了在500、600、650和700 V阴极电压条件下采用连续供气抽真空和间歇供氮闭炉的方式进行纯氮离子渗氮的工艺及机理.通过对间歇供氮闭炉离子渗氮层显微组织、相组成和硬度梯度的测定与分析,计算和验证了该工艺中N2分子临界离解能.结果表明,纯氮离子渗氮的活性氮原子来自于经阴极位降区加速的高能N 2与中性N2分子间的非弹性碰撞,离解N2分子的N 2离子临界能为48.64 eV,相应的阴极电压门槛值为650 V.纯氮离子渗氮工艺除要求阴极电压高于650 V外,间歇供气闭炉渗氮也是必备条件,在一定温度和足够高的阴极电压下,只有采用间歇供氮闭炉方式进行离子渗氮,从N2分子才能离解出足够多的活性氮原子,使试样表面产生明显的渗氮效果.     

纯钛离子氮化层在人工唾液中的耐蚀性

用浸泡法和电化学法研究了纯钛（TA2）基体材料及其离子氮化层在人工唾液中的腐蚀行为。浸泡法研究表明,试样随着浸泡时间的延长而增重,而离子氮化层增重明显减缓,其腐蚀速率远小于TA2基材;电化学法研究表明,离子氮化层的自腐蚀电位较TA2基材提高,而腐蚀电流密度和腐蚀速度减小。由失重法和电化学法得出一致结论,离子氮化处理提高了TA2在人工唾液中的耐蚀性。