Al液对TiAl合金表面渗氮层腐蚀机理研究

对TiAl基合金高温渗氮层的微观组织、显微硬度、腐蚀层进行了研究.结果表明:经高温渗氮处理后,渗氮层显微硬度明显提高,TiAl基合金的渗氮层结构由氮化物层与过渡层组成,通过对铝液腐蚀TiAl基合金渗氮处理试样表面微观结构分析,渗氮处理有利于提高TiAl基合金表面的耐蚀性能,并分析了腐蚀机理.     

钛合金缝隙腐蚀、离子渗氮与表面纳米化的研究进展

钛合金凭借优异的耐腐蚀性能,在海洋工程中有着巨大的应用前景,但是其在苛刻条件下易发生缝隙腐蚀及耐磨性差等缺点也影响了它的使用。总结了钛合金发生缝隙腐蚀的条件与原因,以及普通离子渗氮对钛合金耐磨性和耐腐蚀性能的影响,并重点探讨了表面纳米化对钛合金离子渗氮层结合力和耐蚀性能的影响。研究发现,钛合金在高温(65℃以上)、高酸性(低pH值)、高Cl~-浓度、低氧含量的苛刻环境中会发生缝隙腐蚀,氧浓差电池与自催化酸化作用是钛合金缝隙腐蚀的主要机理,钛吸氢形成的脆性TiH_2则会加速缝隙腐蚀过程。普通离子渗氮在钛合金表面形成的高硬度TiN、Ti_2N层可以提高钛合金的耐磨性,同时提高其耐均匀腐蚀性能。但是,由于离子渗氮层与钛合金基体的硬度差别较大,结合力不强,腐蚀过程中容易发生脱落。利用表面纳米化技术制备表面梯度纳米晶结构,有望通过离子渗氮获得结合力好的渗氮层结构,并可以有效降低渗氮温度。     

F51双相不锈钢离子渗氮层的组织与性能

目的提高F51双相不锈钢的硬度以及耐磨性能。方法将F51双相不锈钢进行低温(450℃)和高温(550℃)离子渗氮处理,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)观察F51双相不锈钢渗氮层的微观组织,利用X射线衍射(XRD)方法对渗氮层沿深度方向相组成的变化进行分析,采用显微硬度计、摩擦磨损实验机分别对渗氮层的显微硬度及耐磨性能进行测试,采用激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)对磨痕形貌进行观察。结果F51双相不锈钢低温渗氮层主要由N相组成,由表及里为N N+N(少量);高温渗氮层主要由CrN+N相组成,由表及里为CrN+N N+N。高温渗氮层厚度约为低温渗氮层厚度的3倍。低温渗氮样品的平均表面硬度约为基体表面硬度的3.5倍;高温渗氮样品的平均表面硬度约为基体硬度的4倍。基体的摩擦系数约为0.71,低温和高温渗氮处理后样品的摩擦系数大大降低,分别为0.24和0.17。渗氮样品磨痕的宽度和深度较基体显著降低。结论F51双相不锈钢低温渗氮层主要由N相组成,高温渗氮层主要由CrN+N相组成,两种温度渗氮后的样品硬度和耐磨性均得到显著提高。     

不锈钢低温渗氮和渗碳(续)

奥氏体不锈钢在400℃(750°F)下进行离子渗氮后的渗氮层结构被Ichii命名为S相。关于S相的晶体结构等后来才被研究。对AISI 316钢在低温(450℃、850℃F)和高温(525℃、980℃F)分别渗氮后的光学金相组织示于图1,图中应用的腐蚀剂为     

离子渗氮AISI 420马氏体不锈钢耐蚀行为研究

采用不同温度对AISI 420马氏体不锈钢进行离子渗氮处理.借助光学显微镜和X射线衍射(XRD)技术分析了渗氮层的微观组织结构,利用显微硬度计测试了渗氮层的硬度分布,通过电化学极化曲线测试和盐雾腐蚀试验研究了离子渗氮AISI 420不锈钢在模拟工业环境中的腐蚀行为.结果表明:AISI 420不锈钢350℃低温离子渗氮层由ε-Fe3N和N过饱和固溶体αN相组成,其化学稳定性高,加之固溶Cr元素的联合作用,明显提高了AISI 420不锈钢基材的腐蚀抗力.AISI 420钢经450℃和550℃渗氮处理,渗氮层中的αN分解成了α相和CrN,造成基体贫Cr,降低了基材的耐蚀性能.马氏体不锈钢低温离子渗氮处理不仅可以提高表面硬度,而且可以获得良好的耐蚀性能.     

双相不锈钢高温快速离子渗氮表面改性

在双相不锈钢等离子体渗氮表面改性过程中,为了避免N原子与Cr原子结合形成CrN的析出使基体中Cr元素含量减少进而降低双相不锈钢的耐蚀性能,通常渗氮温度选取低于450℃。温度低,N原子的扩散速率慢,存在渗氮时间长,渗氮层较薄等问题。对SS2205双相不锈钢在不同时间进行了高温快速离子渗氮研究,结果表明:在540℃条件下,渗氮时间为1h时,可得到8μm厚且没有明显CrN析出的渗氮层,使其表面硬度显著提高;与440℃、4h条件下得到的渗氮层相比,厚度增加了一倍,表面硬度提高50%左右,且耐点腐蚀性能并没有严重下降。     

TiAl基合金的辉光离子渗氮试验

研究了TiAl基合金的辉光离子渗氮。渗氮气氛为NH3,渗氮温度分别为850℃、900℃、950℃,渗氮时间分别采用2h到12h不等。结果表明:TiAl基合金经辉光离子渗氮后,在表面形成由氮化物层和过渡层组成的氮化层,氮化层形成速度明显快于高温气体渗氮。采用NH3气氛、900℃×9h工艺参数时,渗层厚度可达12μm,渗层的显微硬度值可达1097HV0.1。     

渗氮温度对38CrMoAl钢真空感应渗氮层耐磨性能的影响

应用一种新型真空感应渗氮方法对38CrMoAl钢表面制备渗氮层,采用SEM、EDS、自动显微硬度测试、滑动干摩擦试验等测试方法探讨了渗氮温度对38CrMoAl钢渗氮层组织、硬度和耐磨性的影响规律。结果表明:渗氮层表面平整,白亮层、扩散层、基体之间过渡平缓;随着渗氮温度升高,扩散层厚度、渗层硬度、耐磨性均呈现先增加后降低趋势;渗氮温度为560℃时,渗层厚度达到最高值180μm,渗层硬度达到最高值1250 HV0.025;渗氮温度560℃、590℃时的渗层试样在摩擦试验过程中仅有轻微的磨粒磨损,耐磨性能最佳。     

表面离子渗氮对SS304耐蚀性的研究

目的对SS304在300 Pa不同温度下进行表面离子渗氮,研究渗氮层和SS304的耐蚀性。方法通过动电位极化曲线和交流阻抗谱分析SS304和渗氮层在3.5%Na Cl溶液中的耐蚀性,采取金相显微镜、SEM、XRD对渗氮层和SS304的表面形貌和相组成进行分析测试,采用显微硬度计和镜像显微镜对渗氮层和SS304的硬度和截面形貌进行分析测试。结果 SS304中有γ相和M相,400℃时渗氮层试样出现γN、Fe_(2~3)N、Fe_4N,大于450℃时,渗氮层试样出现了Fe2~3N、Fe4N、Cr N。渗氮层在3.5%NaCl溶液中,400℃时渗氮层的自腐蚀电流密度比SS304的小,大于450℃时,渗氮层的自腐蚀电流密度比SS304的小且随渗氮温度增加而逐渐增大;400℃时渗氮层的自腐蚀电位比SS304的大,大于450℃时,渗氮层的自腐蚀电位比SS304的大且随渗氮温度增加而逐渐降低;400℃时渗氮层表面的膜电阻比SS304的大,大于≥450℃时,渗氮层表面的膜电阻比SS304的小。结论渗氮层的耐蚀性随温度的升高而降低,400℃时渗氮层的耐蚀性比SS304的好,大于450℃时,渗氮层的耐蚀性比SS304的低;400℃时渗氮层生成氮扩大奥氏体(γN),可大大增加耐蚀性,大于450℃时,渗氮层生成Cr N,耐蚀性减小。     

304奥氏体不锈钢低温盐浴渗氮处理

采用430℃低温盐浴对304奥氏体不锈钢进行渗氮处理,研究了渗氮时间对渗氮层组织和性能的影响。利用XRD衍射仪、光学显微镜、表面显微硬度计和带能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)分别分析渗氮层的相组成、厚度、表面硬度和显微组织。结果表明:304奥氏体不锈钢在430℃渗氮不同时间后,渗氮层厚度和表面硬度都随着时间的延长而增加。渗氮时间为1 h时,渗氮层仅为单一的S相,随着渗氮时间的增加,渗氮8 h时开始有少量CrN生成,渗氮16 h时,渗氮层由大量CrN+S相两相混合。用电化学极化的方法评价耐蚀性能的结果表明:盐浴渗氮处理后耐Cl-点蚀性能得到了一定的改善,在430℃渗氮4 h,其耐蚀性能是最好的,优于没经过渗氮的试样,而在所有的渗氮试样中,渗氮8 h、16 h的试样耐点蚀性能较差。     

自蔓延TiC/Ni功能梯度涂层热疲劳性能研究

利用自蔓延高温合成结合准热等静压技术(SHS/PHIP),在H13钢表面制备了Ti C/Ni梯度功能涂层,采用自制热疲劳试验设备对涂层进行了600次热疲劳循环试验。采用SEM/EDS对涂层微观组织进行观察。结果表明,涂层裂纹萌生于表面层和中间层的孔洞尖端和缺陷处,25℃和100℃涂层的裂纹垂直于界面扩展到过渡层。25℃涂层在过渡层发生脱落,100℃涂层在过渡层呈龟裂状,200℃和300℃涂层裂纹垂直于界面扩展到基体表面终止。表面层和中间层裂纹扩展发生在Ti C晶粒内,属于典型脆性断裂特征的穿晶断裂。     

α型钛合金离子渗氮工艺

研究了离子渗氮温度、渗氮时间对TA7钛合金的渗氮层的组织、动力学模型和硬度的影响。结果表明:TA7钛合金经离子渗氮后,渗氮层由化合物层(Ti N+Ti_2N相)+扩散层(α-Ti(N)相)组成。TA7钛合金经低温(T≤800℃)短时(t≤16 h)渗氮时,渗氮层的主要变化为相结构的改变,但是渗氮层的深度随渗氮时间的变化不大。TA7钛合金离子渗氮前期16 h内表面硬度显著地提高,可达基体硬度的2～4倍。TA7合金在渗氮温度T≥850℃,渗氮时间t=16 h工艺下可得到较好的渗层组织和渗层硬度梯度。     

AISI304奥氏体不锈钢高温快速氮化组织与耐腐蚀性能的研究

为避免铬氮化物的析出,离子渗氮一般在低温(450℃)下来制备S相层。本文在高温下快速氮化获得氮的膨胀奥氏体S相层。AISI304奥氏体不锈钢在高温(530℃)下渗氮处理0~5 h。采用X射线衍射仪、扫描电镜和显微硬度仪等表征氮化样品。采用阳极极化试验研究氮化前后样品在3.5%Na Cl溶液中的腐蚀性能。结果表明:高温快速氮化处理不仅提高奥氏体不锈钢的表面硬度,而且提升了耐蚀性。     

低温氮化对1Cr11不锈钢耐双相流冲刷腐蚀性能的影响

为研究低温盐浴氮化提升马氏体钢耐冲刷腐蚀的机理,在410、430和450℃不同温度下对1Cr11不锈钢盐浴氮化8h。通过光学显微镜,X射线衍射分析仪(XRD),显微硬度仪对渗氮层的渗氮层厚度、显微组织及显微硬度进行研究,通过电化学工作站循环伏安法和双相流冲刷腐蚀模拟试验研究不锈钢耐蚀性。结果表明,渗氮层包括化合物层和扩散层,化合物层主要由N的过饱和固溶体αN和含氮化合物ε-Fe2-3N组成。渗氮层显微硬度约为基体硬度3倍;循环伏安法表明渗氮层和基体在NaCl溶液中均发生钝化,但渗氮层表面钝化膜在溶解后具有自我修复能力,抗点蚀能力好。经过120h的冲刷腐蚀模拟试验,氮化样品质量损失速率远低于未处理试样的质量损失速率,氮化可以有效提升试样的耐冲蚀性能。     

离子渗氮温度对不锈钢组织及性能的影响

对1Cr18NigTi、1Cr13、0Cr18Ni9不锈钢进行了不同温度的离子渗氮.利用金相显微镜及扫描电镜观察了渗氮层显微组织形貌;利用能谱仪测试了渗层中元素的含量及分布情况;利用HVS-1000型数显显微硬度计测定了渗层不同深度处的硬度变化;采用改制的摩擦磨损试验机测试了渗氮层的摩擦磨损特性;利用盐雾腐蚀试验箱测试了渗氮层的耐腐蚀性.结果表明,随渗氮温度增加,3种钢的渗层表层组织中氮化物量减少,高氮浓度的ε相转变为γ'相,440 ℃渗氮形成了氮在基体中的过饱和固溶相;1Cr13不锈钢比1Cr18Ni9Ti及0Cr18Ni9不锈钢的渗层厚;渗层表面硬度降低,但从表面向心部的峰值硬度增加;在一定范围内渗层耐磨性降低,但比未渗氮试样均提高4倍左右;渗层的耐盐雾腐蚀性降低,但440℃的低温渗层的耐蚀性与未渗氮试样差不多.     

TC4钛合金低温固体稀土-硼共渗

研究了TC4钛合金在950℃低温(β转变温度以下)下进行固体稀土-硼共渗的渗层形貌、物相组成、组织性能及基体相变。结果表明,低温稀土-硼共渗,可使TC4钛合金表面获得实用的渗硼硬化层,由TiB2和TiB双相化合物组成。同1050℃高温稀土-硼共渗相比,低温渗硼层致密均匀无孔洞,而且硬度梯度和脆性得到进一步改善。低温渗硼后TC4基体为等轴组织,性能良好,能有效地防止高温(β转变温度以上)时β相形成粗晶。低温渗硼有效地改善渗层的性能,减小工件畸变。     

表面机械研磨对304不锈钢渗氮组织性能的影响

对304不锈钢表面进行表面机械研磨处理(SMAT),再进行不同温度下的低温等离子渗氮。利用光学显微镜、XRD、SEM和EDS,分析渗氮层的物相、显微组织和元素;采用显微硬度计检测渗氮后硬度的变化;采用电化学工作站测试渗氮后试样的腐蚀性能。结果表明,经过1800 s的表面机械研磨处理,材料的渗氮组织性能达到最好,样品表面生成一层晶粒细化层,可以明显促进304不锈钢的低温渗氮。1800 s的表面机械研磨处理后,在350℃下进行渗氮,可以获得一层厚度约3μm的渗氮层,其硬度高达925 HV0.05。和未处理的试样对比,自腐蚀电位升高了0.2 V,自腐蚀电流降低了4.22×10-4A·cm-2。     

预回火温度对渗氮钢的组织和耐磨性的影响

研究了渗氮钢 3 8Cr2MoAlA_GCr15摩擦副在黄油介质中往复直线滑动时的摩擦技术特性、渗氮层的组织和在摩擦过程中组织的变化。业已指出 ,渗氮钢的预高温回火可作为调整表面层的组织状态和耐磨性的因素。表面渗氮层对摩擦副的磨损动力学和耐久性水平起重要作用     

高温时效过程中SnAgCu钎焊接头显微组织的演化规律

研究了215℃时效过程中Sn3.8Ag0.7Cu无铅钎料焊点内部及与Cu基板界面处显微组织的演化规律.结果表明:试样在时效过程中的放置方式对显微组织的变化会产生重要影响.当钎料焊点处于Cu基板的上方时,215℃时效后显微组织的变化与以往170℃时效后显微组织的变化相似,即界面处金属间化合物层的厚度会随着时效时间的延长而逐渐增加.然而,当钎料焊点处于Cu基板的下方时,215℃时效后钎料焊点内部及界面处的显微组织发生了显著的变化,伴随着Cu基板的溶解在钎料焊点表面形成了大量的体积较大的金属间化合物Cu6Sn5.     

电磁纯铁表面渗氮工艺分析

采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计等，对规格、尺寸相同的国内、进口电磁工件的表面及截面形貌、相组成、硬度等进行测试分析，根据Fe-N二元相图研究了两种工件的表面处理工艺。结果表明，两种样品的基体均为α纯铁，表面处理后的表面形貌和物相组成基本一致，但国内电磁工件扩散层之外只有一层由γ′-Fe相组成的厚度为8～9μm的白亮化合物层，其显微硬度为323 HV0.05,而进口电磁工件的白亮化合物层与扩散层之间存在一层厚度为12～13μm的过渡层，该过渡层为γ-Fe冷却后形成的屈氏体组织，显微硬度为312 HV0.05。可以推断，国内工件采用了常规低温(低于590℃)渗氮工艺，而进口工件由于渗层更深且存在由屈氏体组织组成的过渡层，其表面处理方法为高于590℃的高温离子渗氮工艺。