TC4激光气体渗氮层及其耐腐蚀性能

采用激光气体渗氮工艺可以在TC4钛合金表面生成一层高硬度、高耐磨性的氮化层。主要分析了激光气体渗氮后试样表面宏观状态的变化、渗氮层组织以及渗氮层耐腐蚀性能的变化。通过激光气体渗氮处理后,试样表面粗糙度增加;渗氮层自腐蚀电位相对于TC4钛合金的自腐蚀电位正移了0.042 4 V,表面耐腐蚀性能增强。     

半导体激光热输入对渗氮层结构和性能的影响

目的 提高Ti-6Al-4V钛合金的表面硬度和耐磨性,解决失效问题。方法 利用半导体激光器在纯氮气氛下对Ti-6Al-4V钛合金表面进行激光渗氮处理,研究激光功率和扫描速度耦合作用下不同热输入对渗氮层质量的影响。分别采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线能谱仪,对渗氮层的物相组成、截面微观组织以及元素分布进行表征,采用显微维氏硬度仪测量渗氮层截面硬度分布。结果 不同热输入下Ti-6Al-4V钛合金氮化区域均生成TiN相,且含量随热输入的增大而增加,渗氮层厚度随热输入的增大呈近似直线增长。渗氮层组织由表及里依次由连续的TiN薄层、柱状晶、树枝晶和针状晶组成,使渗氮层内硬度随层厚的增加呈下降趋势,随热输入的增大,树枝晶中粗枝晶的数量增加,渗氮层硬度也随之增加。然而当热输入较高（320 J/mm）时,渗氮层内产生大量的裂纹。结论 利用激光气体氮化技术,控制热输入为210~275 J/mm时,在Ti-6Al-4V钛合金表面制备渗氮层,其表面成形良好、无裂纹,厚度约为413~517 μm,近表层硬度较基材提高2.5倍以上。     

不同压力对 TC4 钛合金真空脉冲渗氮的影响

目的采用不同压力对TC4钛合金进行真空脉冲渗氮处理,提高其表面硬度及耐磨性。方法通过金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计及耐磨试验机分析渗氮硬化层的组织与性能。结果 TC4钛合金经过真空气体渗氮处理后,形成了由Ti N,Ti2Al N和钛铝金属间化合物Ti3Al组成的复合改性层。渗氮压力太低,表面氮化物数量较少,氮化物层较薄;随渗氮压力的增大,表面氮化物数量增多,表面硬度及耐磨性增加。压力为0.015 MPa时,氮化物层表面硬度最大,表面硬度为1100~1200HV,有效硬化层深度为50~60μm。渗氮压力继续增加,表层组织变得疏松,表面硬度及耐磨性开始降低。结论选择合适的渗氮压力和表面氮浓度进行真空脉冲渗氮,可以提高钛合金表面硬度,改善耐磨性。     

不同氮氩比对TC4合金激光气体渗氮的影响

针对TC4激光渗氮时产生裂纹而影响材料使用性能的问题,试验采用氩气和氮气的混合气体,对钛合金板块TC4进行激光气体渗氮,并研究了不同的氮气含量对渗氮层的裂纹、组织特征以及硬度等的影响.结果表明,在氮气含量低于40％的情况下,渗氮表面基本无裂纹产生;渗氮层的表面硬度以及渗氮深度随着氮气含量的降低而有所降低.另外还对渗氮层进行线扫描分析发现,在钛合金TC4激光气体渗氮过程中,渗氮层中的合金元素发生了选择性汽化现象.     

TB8钛合金间歇式真空气体渗氮层的组织与性能

为了提高表面硬度和耐磨性,对TB8钛合金进行间歇式真空气体渗氮处理。利用XRD和SEM分析了改性层的物相组成和显微组织,并对改性层的表面硬度和耐磨性进行了研究。结果表明,TB8钛合金经800 ℃间歇式真空气体渗氮4 h后,表面改性层物相主要由TiN、TiN0.3、Ti2AlN、及α-Ti组成,渗氮层组织致密,与基体结合良好,表面硬度为900-950HV,比基体硬度提高了近3倍,硬化层厚度为80-100 μm,由于表面形成了梯度硬化层,耐磨性得到了极大改善。     

TA2纯钛表面激光气体氮化工艺研究

采用Nd:YAG激光器在氮气环境中对TA2纯钛进行激光气体氮化处理,研究了不同工艺下TA2纯钛表面激光气体氮化层的宏观形貌、物相组成、显微组织、硬度及摩擦磨损性能。结果表明,经过激光表面氮化处理后,氮化层与基体之间为冶金结合,氮化层的组织主要由细小的、枝晶状的Ti N构成。激光离散氮化可显著降低材料表面的摩擦系数,提高材料的耐磨性能,且氮化强化区域的分布越密集,摩擦系数值越小,耐磨性越好。激光离散氮化还可以提高加工效率,抑制裂纹的萌生。     

稀土含量对Ti6Al4V钛合金等离子渗氮层组织和摩擦学性能的影响

目的研究稀土含量对Ti6Al4V钛合金表面等离子体渗氮层结构和性能的影响。方法运用等离子表面改性技术对Ti6Al4V(TC4)钛合金进行等离子渗氮处理,渗氮过程中通入不同含量的稀土作为催渗剂,以获得钛合金表面强化层。利用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察渗氮层组织,用X射线衍射仪(XRD)分析渗层相组成,用能谱仪(EDS)检测渗层的化学成分,用维氏显微硬度计测量渗层的显微硬度,用球-盘式摩擦磨损试验机和三维轮廓仪检测渗层的摩擦磨损性能。结果TC4钛合金表面等离子渗氮层结构包括表面化合物层(主要成分为δ-TiN)和扩散层(主要为N原子扩散形成的N-Ti固溶体),加入稀土可以促进N原子向基体的扩散,提高渗氮速度。渗层厚度增加,硬度和耐磨性能提高,扩散层使钛合金基体与化合物层之间的硬度梯度更加平缓。当稀土通入速率为60 mL/min时,渗层厚度可达155μm,表面硬度为1275HV0.05,摩擦系数降到0.27,磨损率明显降低。结论钛合金等离子渗氮过程中加入稀土可以有效提高渗速,改善渗氮层硬度,提高材料表面的耐磨性能。     

纳米压/划痕表征激光渗氮层的弹塑性力学性能

利用脉冲式Nd：YAG激光在Ti6Al4V合金表面进行激光渗氮处理,借助纳米压痕和划痕试验表征渗氮层的弹塑性力学性能。结果表明,在钛合金表面成功制备了高硬度、高强度、枝晶状分布的渗氮层。同时,渗氮层内硬度、模量、强度以及应力-应变关系、摩擦系数等力学性能呈现出类似于激光渗氮层内氮元素扩散曲线的非均匀性空间分布规律。硬度和弹性模量之比以及纳米划痕试验结果表明,激光渗氮层的抗磨损性能随深度的增加逐渐降低,摩擦系数随着划入深度的增加,从0.2增加到0.4。     

钛合金激光渗氮机理分析

文中采用激光束辐射+高纯氮气对Ti6Al4V钛合金试样表面进行氮化处理,用气体渗氮进行表面处理,反应生成TiN,从而提高其耐磨性。从氮化后的钛合金试样表面形貌、TiN生成的热力学和动力学等方面分析了表面硬化层生成过程,并且对激光气体氮化生成机理进行了分析,氮的激活、活性氮的吸附、氮的迁移、生成TiN、TiN的扩展、最后熔体凝固,形成激光气体渗氮层。     

离子渗氮工艺参数对4Cr5MoSiV钢表层组织与性能的影响

目的 研究离子渗氮的温度及时间对4Cr5MoSiV钢渗氮层组织、表面硬度及耐磨性的影响,获得提高硬度、耐磨性的最优工艺参数。方法 对4Cr5MoSiV钢表面进行离子渗氮处理,渗氮温度分别为450、480、510、540 ℃,保温时间分别为5、10、15、20 h。利用维氏显微硬度仪测量渗层深度及表面硬度;利用X射线衍射仪分析渗层物相组成;利用摩擦磨损试验机评价试样耐磨性;通过扫描电镜观察表面磨痕区域。结果 离子渗氮渗层表面的物相主要为γ''-Fe4N相和ε-Fe2~3N相。在实验范围内,随着温度的升高或时间的增加,材料渗层深度、表面硬度增加,磨损率减少,但当温度过高或时间过长时,表面硬度下降,磨损率增加。在480 ℃的条件下进行20 h离子渗氮的材料,表面具有最好的摩擦学性能,表面硬度为1147 HV0.2,磨损率为2.13×10-5 mm3/(N?m),渗氮层深0.24 mm,化合物层深14.05 μm,摩擦系数为0.45,磨损状态为磨粒磨损。结论 离子渗氮是适合于变截面弹簧的表面强化方式,可以在材料表面形成具有一定厚度、均匀分布的渗氮层组织,显著提升表面硬度和耐磨性,降低摩擦系数。     

氨流量对离子渗氮层形成的影响

在一定渗氮温度条件下，研究了４５钢和４０Ｃｒ钢进行离子渗氮时可氨流量对渗氮层形成的影响。结果表明，氨流量影响ε相的形成速度和渗层深度；通过流量氨，会促进ε相形成。ε相是一个介稳相，它的形成与分解，在一定的氨流量时达到动平衡。     

20钢复合渗铬中的相变

应用金相、X射线衍射和微区成分分析研究了20钢经离子氮化后在不同温度渗铬(复合渗铬)所得渗铬层的显微组织及其生成机制．不同温度复合渗铬层的表面层均由CrN(fcc)，β-Cr2N(hcp)和α-(Cr，Fe)(bcc)组成，其中α-(Cr，Fe)的含量随渗铬温度提高而减少．在复合渗铬过程中，原先的氮化白亮层发生扩散反应相变，生成复合渗铬白亮层，而扩散层中的相变主要是析出／共析转变，生成γ′氮化物析出带和／或一种类似珠光体的(α γ′)共析反应带。     

弹簧低温渗氮层组织与疲劳性能研究

研究了５０ＣｒＶＡ钢油淬火弹簧的低温离子渗氮及低温气体氮碳共渗处理工艺，观察并分析了渗氮层组织形态及疲劳性能。结果表明，低温离子渗氮可显著提高弹簧的疲劳寿命。最后给出了表面强化弹簧的剪切疲劳模型。     

氮等离子焰纯钛表面氮化

利用改造TIG焊枪通入N2+Ar混合气体产生氮等离子焰,在大气中直接加热纯钛试件,使基体表面的Ti元素与等离子焰中的N元素相互作用形成氮化层.主要研究了氮化温度和氮化时间对纯钛表面氮化层组织及性能的影响规律,得到了较佳氮化工艺参数.采用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射等检测方法,分析了氮化层的形成机理、表面及截面微观形貌,并测试了表面显微硬度及耐磨性.结果表明,氮化层主要由TiN相组成,组织均匀、致密,与基体为良好的冶金结合,有效地改善了纯钛基体的耐磨性.     

PH13-8Mo钢的离子渗氮工艺

对PH13-8Mo钢离子渗氮工艺参数进行了研究,其中包括渗氮温度、渗氮时间及渗氮件表面粗糙度。结果表明:随渗氮温度的升高、渗氮时间的延长、零件表面粗糙度的降低,PH13-8Mo钢渗氮层厚度增加;渗氮零件表面粗糙度对渗氮层脆性等级影响较大,渗氮零件表面粗糙度为6.3 μm时,其脆性等级达到III级;渗氮时间、渗氮温度及零件表面粗糙度对渗氮层硬度影响甚微。渗氮温度540 ℃,渗氮时间22 h,零件表面粗糙度0.8 μm时,PH13-8Mo钢可获得良好的渗氮层,渗氮层厚度可达197.5 μm,渗氮层硬度可达1083 HV0.2,脆性等级为II级。     

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。     

012Al钢齿轮精锻模失效分析

012Al钢制齿轮精锻模在使用中早期失效。采用宏观检验、金相检验和硬度测试等方法分析了模具的失效原因。结果表明,模具的早期失效主要是由于离子渗氮层较浅,脆性较大,以及存在脉状氮化物等缺陷所致。针对上述原因,提出了相应的改进措施。     

一种时效硬化钢的深层离子渗氮

对20CrNi3Mn2Al 时效硬化钢进行不同温度和不同时间的离子渗氮处理,优选出最佳渗氮工艺为520~540 ℃×50 h氨气变温深层离子渗氮处理,表层硬度高,化合物层薄,硬度梯度好,表面下0.1 mm处硬度大于900 HV,0.4 mm处硬度大于600 HV,渗氮层深大于0.7 mm,基体硬度为400~450 HV,可用于制造大型重载高速精密齿轮,部分替代渗碳钢,省去渗碳和油淬工序,简化工艺,减少变形。     

锆合金R60705的表面渗氮处理

对锆合金R60705进行了600/900 ℃×6 h表面渗氮处理,并运用硬度测试、显微组织观察、XRD分析、阳极极化曲线和耐磨性试验对渗氮层性能进行了研究。结果表明,渗氮处理后,R60705合金渗氮层表面硬度最高达742 HV0.1,耐腐蚀性及耐磨性提高;900 ℃渗氮处理后,渗氮层各项性能均优于600 ℃渗氮试样。     

球铁基体组织对QPQ盐浴渗氮层深度和耐磨性的影响

对不同铁素体含量基体组织的球墨铸铁进行了QPQ盐浴渗氮试验,对渗层进行了显微组织观察和物相分析.试验结果表明,渗层组织中主要为Fe_3O_4和Fe_2N相,且基体组织中铁素体含量越高,渗层越厚.通过对不同基体组织的球墨铸铁进行QPQ处理前后磨损速率的比较,结果表明经QPQ处理后的球墨铸铁试样磨损速率为QPQ处理前的4.3%～19%.