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。     

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.     

2Cr13不锈钢活性屏等离子体源渗氮层组织与耐蚀性能

目的 探讨活性屏等离子体源渗氮技术提高马氏体不锈钢硬度与耐蚀性能的可行性。方法 将2Cr13马氏体不锈钢进行350～550℃、6 h活性屏等离子体源渗氮处理,采用光学显微镜（OM）、电子探针显微分析仪（EPMA）和X射线衍射仪（XRD）分析渗氮层的组织、成分和相结构,使用显微硬度计测试渗氮层的显微硬度,利用电化学腐蚀试验解析评估渗氮层的耐蚀性能。结果 经活性屏等离子体源渗氮处理后,可在马氏体不锈钢表面形成厚度为2～45μm,N原子分数为20%～25%的渗氮层,其表面显微硬度达1050～1350HV0.25,是基体硬度的4～5倍。350℃时,渗氮层以ε-Fe_2-3N相为主,且含有少量αN相;450℃时,渗氮层由αN、ε-Fe_2-3N和γ’-Fe₄N相构成;渗氮温度升至550℃时,渗氮层由α-Fe、CrN和γ’-Fe4N相构成,αN、ε-Fe2-3N相消失。350、450℃时,渗氮层在3.5%NaCl溶液中的阳极极化曲线出现明显钝化区,而未渗氮的2Cr13不锈钢并未发现钝化区,自腐蚀电位E_corr由未渗...     

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.     

ASPN系列活性屏等离子渗氮炉通过专家技术鉴定

中国热处理行业协会日前在北京主持召开了由江苏丰东热技术股份有限公司、青岛丰东热处理有限公司、青岛科技大学联合研制的"ASPN系列活性屏等离子渗氮炉"技术鉴定会。活性屏等离子渗氮技术有效解决了传统DCPN技术难以克服的问题,促进等离子渗氮工艺的推广应用,可进行混合装料和密     

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。     

纯氮气氛活性屏离子渗氮的研究

在纯氮气氛中，利用活性屏离子渗氮(ASPN)技术对38CrMoAl钢进行了离子渗氮处理，并对渗层的组织结构、硬度、深度等进行了分析。结果表明，只有直流辉光放电电压高于800V时，在纯氮气氛中才能进行活性屏离子渗氮处理。通过对等离子放电空间的粒子进行XRD分析发现，放电电压低于800V时，沉积在基材表面的粒子主要是氧化铁(Fe3O4)；放电电压高于800V时，沉积在基材表面的粒子才是能进行活性屏离子渗氮处理的铁的氮化物(ε，γ‘)。     

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。     

大中型齿圈等离子渗氮畸变研究

离子渗氮具有效率高、节约能源、环境污染小以及渗氮层成分可控制等一系列优点,被广泛用于改善钢铁制品以及其它金属制品表面耐磨性和耐腐蚀性。离子渗氮经常被作为工件处理的最后一道工序,渗氮前工件一般要经过调质处理、粗加工、半精加工等一系列     

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.     

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.     

高频电源与活性屏离子渗氮对表面纳米化TC4钛合金渗氮层结合力的影响

目的 评估高频电源对喷丸纳米化TC4钛合金离子渗氮层结合力的影响,进一步探究在高频电源+活性屏工艺组合上,渗氮参数优化对渗氮层结合力的影响。方法 选取直流电源–500 ℃-20 h-300 Pa离子渗氮试样与高频电源–500 ℃-20 h-200 Pa离子渗氮试样,分别进行XRD、扫描电镜和划痕试验,对结构、形貌与结合力分析。在高频电源基础上,进一步选取活性屏优化前、后参数的渗氮试样进行结构、形貌和结合力对比。结果 通过划痕测试发现,高频电源渗氮层的声信号平稳,划痕无剥落,渗氮层摩擦力信号突增的载荷值有一定提升。在高频电源+活性屏工艺组合下,优化后渗氮试样的TiN和Ti2N层厚度比优化前渗氮试样的厚度明显增加。声信号上表现为更平稳及无明显突变,且优化后试样的渗氮层摩擦力信号突增的载荷值较优化前均增加。结论 高频电源抑制了传统直流电源渗氮过程中的打弧现象,缓解了渗氮层内部的热应力聚集,提高了渗氮层的表面性能,对渗氮层载荷承受力和结合力有一定的提升作用。在高频电源与活性屏组合工艺下,优化后渗氮试样的渗氮动力学条件更好,Ti2N层厚度显著增加,提高了基体中氮扩散层的性能。同时,Ti2N厚度的增加可以减缓TiN层与基体的成分与性能的突变,从而提升渗氮层与基体的结合力。     

42CrMo钢的钛催渗等离子渗氮工艺

研究了不同渗氮时间下钛元素对42CrMo钢常规离子渗氮工艺的作用效果,表征分析了不同渗氮工艺下试样表面的渗层组织及性能。结果表明,钛催渗离子渗氮试样的表面硬度和渗层深度均明显高于常规离子渗氮。在535℃×3 h的工艺条件下,钛催渗离子渗氮试样渗层的表面硬度达到887.4 HV0.2,渗氮层厚度约为400μm。钛元素的加入促进了氮元素的渗透和扩散,在试样表面生成高硬度化合物TiN。相较于相同保温时间下的常规离子渗氮,钛催渗离子渗氮试样表面硬度提高了60 HV0.2,渗层厚度增加了80μm,渗氮效率提升了约25%。与常规离子渗氮相比,钛催渗离子渗氮工艺具有显著优势,不仅有利于改善渗层组织性能,增强渗氮效果,还提高了渗氮效率,使渗氮周期明显缩短。     

常用渗氮材料的调质硬度对渗氮层性能的影响

对于40Cr、35CrMo、38CrMoAlA等常用渗氮材料的不同调质硬度对离子渗氮渗层性能的影响进行了试验分析。结果表明，调质硬度控制在HB250—280范围，可解决渗氮硬度不足和渗层深度偏浅的问题，并可改善渗层的硬度梯度。     

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。     

38CrMoAl钢空心阴极辅助等离子渗氮的研究

本项研究集中在用空心阴极辅助等离子渗氮处理38CrMoAl钢。渗氮时间、温度、试样的势都作为正交试验的影响因素,也确定优选的工艺条件。试验结果表明,在最好的正交试验工艺下渗氮层的显微硬度显著增加,比处理前高4~5倍。另外等离子渗氮试样的表面粗糙度和处理前相同。更重要的是渗氮试样的表面白亮层有3μm厚,由ε和γ'相组成,而且渗氮层的总深度达到300μm。     

常用渗氮材料的调质硬度对渗氮层性能的影响

对于40Cr、35CrMo、38CrMoAlA等常用渗氮材料的不同调质硬度对离子渗氮渗层性能的影响进行了试验分析。结果表明,调质硬度控制在HB250～280范围,可解决渗氮硬度不足和渗层深度偏浅的问题,并可改善渗层的硬度梯度。     

电磁纯铁渗氮

以纯铁为对象,通过金相和X射线衍射分析对气体渗氮后的组织和磁性能进行研究。结果表明,决定纯铁渗氮后组织形态和分布的最关键参数是温度和保温时间,形成的致密连续γ′相和ε相混合层可显著提高表面硬度,达到900 HV0.01以上。渗氮后,纯铁的磁性能会有不同程度的下降,其下降程度与渗氮组织形态和分布相关。针对飞控伺服作动器中电磁纯铁制件的要求,通过调整渗氮工艺参数,可以满足其磁性能和硬度的要求。