AISI316 不锈钢表面等离子渗硼及摩擦磨损性能的研究

目的改善AISI316不锈钢的摩擦磨损性能。方法采用双辉等离子合金化技术,以块状Fe B化合物作为源极材料,在AISI316不锈钢表面制备含硼改性层,对渗层组织、成分、相结构和显微硬度进行分析,并研究改性层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果经渗硼处理后,AISI316不锈钢表面形成了一层连续、致密、均匀的改性层,主要由Mo2B和Fe B相组成。改性层具有较高的硬度(964HV0.1),较基体硬度提高了约3倍,且耐磨性较基体有明显提高。结论通过在AISI316不锈钢表面制备渗硼改性层,可明显提高基体材料的硬度和摩擦磨损性能。     

304 不锈钢表面 Mo 合金化改性层组织结构及耐磨性研究

目的提高304不锈钢表面耐磨性能。方法利用双辉等离子合金化技术,使304不锈钢表面形成Mo合金化渗层。分析渗层的成分分布和相结构,对比基体材料和Mo合金化改性层的硬度、磨痕形貌和摩擦磨损性能。结果所制备的Mo合金化渗层均匀致密,厚9.6μm,主要由纯Mo相构成。合金化元素Mo在渗层中从基体表面到内部呈梯度分布,表面显微硬度值达806HV0.05。在干摩擦条件下,Mo合金化渗层的比磨损率仅为304不锈钢基体的1/84,使材料的抗磨损性能得到明显改善。结论双辉等离子Mo合金化能够有效改善304不锈钢的抗磨损性能。     

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。     

AISI304不锈钢表面渗Cu层对其摩擦学行为的影响

利用等离子表面合金化技术,在304不锈钢表面制备渗Cu改性层。借助球-盘磨损试验机对改性层常规大气环境下与不同偶件（GCr15球,Al2O3球）对摩时的摩擦学性能进行了测试。结果表明：不锈钢表面渗Cu改性层均匀致密、与基体结合良好,厚度大约26μm,主要由纯Cu和膨胀的奥氏体等相组成。渗Cu改性层的摩擦学性能与摩擦偶件相关。渗Cu不锈钢与GCr15球对摩时Cu改性层阻止了不锈钢与配副直接接触,并在摩擦过程中起到固体润滑作用,明显改善了不锈钢的摩擦学性能;渗Cu不锈钢与Al2O3球对摩时,由于陶瓷球的稳定化学性能及Cu改性层相对较低的剪切强度,导致摩擦过程中磨粒磨损加剧。     

TC4合金等离子钼基合金化改性层摩擦磨损性能研究

利用双层辉光等离子渗金属技术在Ti6Al4V(TC4)上制备钼基改性层以提高材料的摩擦磨损性能。对改性层的组织结构元素分布和显微硬度进行了测试,并采用球-盘滑动磨损试验机对渗层进行摩擦磨损性能测试。结果表明:Ti6Al4V合金表面经过渗Mo、W-Mo及W-Mo-N共渗都可以形成致密、均匀的表面合金改性层;通过三种表面改性后,钛合金的表面硬度都有不同程度提高,其中W-Mo-N共渗表面硬度提高最大,达1504 HV。在较短滑动距离内,渗钼改性层摩擦系数最小,W-Mo-N共渗次之,W-Mo共渗最大。随着摩擦的深入,渗钼改性层摩擦系数很快升高,超过W-Mo改性层。渗钼改性层磨损表现为磨粒磨损和粘着磨损,W-Mo和W-Mo-N共渗都降低了材料的粘着现象,W-Mo-N共渗最为显著。     

AZ31B镁合金盐浴碳氮钒共渗工艺

为提高AZ31B镁合金的表面硬度,改善其摩擦磨损性能及耐蚀性能,采用盐浴碳氮钒共渗工艺在AZ31B镁合金表面形成高硬度碳、氮化合物渗层,并用数字显微硬度计、光学显微镜、X射线衍射仪、X射线能谱仪、摩擦磨损试验和电化学测试分析渗层表面硬度、截面显微形貌、渗层表面物相组成、耐磨性和耐蚀性等。结果表明,盐浴碳氮钒共渗处理使AZ31B镁合金表面形成主要由VC、VN等高硬度金属化合物组成的渗层,渗层表面硬度最高达到283.1 HV0.05,相比原始试样和碳氮共渗处理试样分别提升280%和62%;相比原始试样,碳氮钒共渗试样的摩擦因数和磨损量分别降低约30%和50%,自腐蚀电位提高60 mV,自腐蚀电流密度降低一个数量级,表明盐浴碳氮钒共渗工艺能够显著提高AZ31B镁合金的表面硬度,提升其摩擦磨损性能及耐蚀性能。     

20钢固体粉末法渗硼和硼钒共渗的渗层研究

采用光学显微镜、扫描电镜和电子探针等检测手段，分析了20钢固体法渗硼和硼钒共渗的渗层组织结构、成分特点及其硬度分布。结果表明，硼钒共渗层厚度大于单一渗硼层，且渗层更加连续致密，其渗层主要由Fe2B、V2C和VB相组成，硼钒共渗层硬度比单一渗硼有所提高，硬度梯度较小。     

奥氏体氮碳共渗层的相组成与氮浓度分布

采用氨气和甲醇进行了奥氏体氮碳共渗试验，研究了渗层的相组成、相的微观形态、渗层氮浓度分布及硬度分布。结果表明，渗层主要由ε、γ′、A(奥氏体)和Fe3O4组成，另有少量α和Fe3C；ε为柱状晶，γ′为颗粒状，A为等轴晶粒，α和Fe3C呈孤岛状，Fe3O4存在于表面疏松中；化合物层氮浓度分布比较平缓，奥氏体含有较高氮浓度，因而具有较高硬度；整个渗层具有良好的硬度梯度分布。     

304奥氏体不锈钢低气压离子渗氮组织与性能研究

在400℃、低气压下对304奥氏体不锈钢进行低温低压离子渗氮处理。采用扫描电镜、显微硬度计及万能摩擦试验机对表面改性后的304奥氏体不锈钢渗层组织、硬度及耐磨性进行了测试和分析。结果表明:304奥氏体不锈钢低温低气压渗氮形成了明显的白亮层;低气压对304奥氏体不锈钢离子渗氮具有良好的催渗效果,即渗层厚度随气压的减小而增加,在100 Pa条件下,渗层厚度达到最大值51.7μm;渗氮后试样表面硬度达到最大值1100 HV0.01;低温低气压离子渗氮能够提高304奥氏体不锈钢耐磨性,80 Pa和100 Pa是提高304奥氏体不锈钢耐磨性的最佳气压。     

20CrMo钢表面固体渗硼工艺及性能

以不同温度和时间对20CrMo钢表面进行了固体渗硼试验.用扫描电子显微镜(SEM)对渗层横断面进行了显微组织观察,用X射线衍射仪(XRD)分析了渗层的相结构,显微硬度计测试渗层的硬度分布,并对基体及渗层进行快速磨损试验及电化学极化曲线测试.结果表明,渗硼层厚度均匀,主要由FeB和Fe2B两相组成,且渗层显微硬度值最高达1 090 HV0.1,有很高的耐磨及耐蚀性能.     

AISI431不锈钢表面“膨胀”α相层的制备和性能

对AISI431马氏体不锈钢进行低温等离子体改性处理,通过金相观察、X射线分析等对渗层组织结构进行表征,利用显微硬度仪以及腐蚀极化曲线等对渗层硬度和耐蚀性能进行测试。结果表明,通过低温改性处理,均可在不锈钢表面获得含有"膨胀"α相的渗层,其中渗氮处理后表面主要含Fe4N和含氮"膨胀"α相,渗碳处理后表面主要为含碳"膨胀"α相,且渗氮层厚度明显大于渗碳层厚度。经低温改性处理后,不锈钢表面硬度显著提升,且渗氮层硬度高于渗碳层硬度。然而,在本试验条件下渗氮渗碳的不锈钢耐蚀性能均略有下降,和渗氮相比,渗碳处理后的试样耐蚀性能更差,且在腐蚀过程中,两类渗层表面所产生钝化膜均为具有n型半导体特性。     

钛催渗低温离子渗氮对304不锈钢组织性能的影响

目的 在保障304奥氏体不锈钢良好耐蚀性前提下,研发显著改善表层硬度及耐磨性的低温高效离子渗氮技术。方法 低温离子渗氮时,在试样周围均匀放置微量海绵钛,研发304奥氏体不锈钢创新钛催渗低温离子渗氮技术。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪、X射线粉末衍射仪、显微维氏硬度计、摩擦磨损测试仪,以及电化学工作站等设备分别对试样截面显微组织、物相及成分、截面显微硬度、渗层耐磨性能、耐蚀性能等渗层组织性能进行测试与分析。结果 304奥氏体不锈钢在420 ℃/4 h钛催渗离子渗氮处理后,不仅保持了良好耐蚀性,且渗层耐蚀性比常规低温离子渗氮略有提升,同时,表面硬度与耐磨性大幅提高,表面硬度由常规离子渗氮的978HV0.025提升至1350HV0.025。磨损率由20.9 μg/(N.m)降低至7.4 μg/(N.m),下降了约2/3。特别有价值的是,钛催渗低温离子渗氮效率比传统离子渗氮显著提升,渗氮层厚度由常规离子渗氮的11.37 μm增厚到48.32 μm,即渗氮效率提高到常规离子渗氮的4倍以上。结论 本研究研发的钛催渗低温离子渗氮技术在保障304奥氏体不锈钢优良耐蚀性的同时,能够大幅度提升不锈钢表面硬度及耐磨性能,且具有显著的催渗效果。     

不锈钢机械臂的强化与磨损性能研究

通过电火花强化工艺在不锈钢机械臂表面制备了YG8强化层,采用金相显微镜、X射线衍射分析、硬度和摩擦磨损试验等对物相组成、硬度分布和耐磨性能进行了测试,并分析了表面强化层的作用机理。结果表明,表面强化层中的物相组成为Co_3W_3C、Fe_3W_3C、Fe_7W_6C、Fe_3Mo_3C、W_2C和(Fe,Cr)相;不锈钢机械臂表面强化层的显微硬度远远大于基材硬度,且中间过渡区硬度也相较于基材更高;在相同摩擦磨损时间下,不锈钢基体的摩擦系数都高于表面强化层;不锈钢机械臂表面强化层的相对耐磨性为基体的3.4倍,其磨损机制为磨粒磨损。     

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。     

304不锈钢硼化层的微观组织结构分析

以304不锈钢为基材,利用自制固体渗剂在不锈钢表面成功制备了硼化层,厚度可达50μm,结合强度为33.5MPa.利用X射线衍射仪和透射电镜对硼化层的相结构和微观组织结构进行分析,并利用电子探针对硼化层的截面形貌进行分析.结果表明,硼化层主要有FeB和Fe2B相组成,Fe2B晶粒细小,晶界平直;夹在Fe2B晶粒之间的齿间组织粗糙不平,是基体合金元素和B元素结合生成的硼化物,这些硼化物紧密的附着在Fe2B晶粒上.这些组织有利于提高硼化层与基体的结合强度.     

气压对304奥氏体不锈钢低温离子渗氮组织与性能影响

在400℃、8 h、不同气压(80~400 Pa)条件下对304奥氏体不锈钢进行离子渗氮处理。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪、显微硬度计及万能摩擦试验机对表面改性后的304奥氏体不锈钢渗层组织、相结构、渗层硬度以及耐磨性进行了测试和分析。结果表明,400℃离子渗氮处理后304奥氏体不锈钢形成了明显的白亮层,即单相S相层;低压对304奥氏体不锈钢离子氮化具有良好的催渗效果,即渗层厚度随气压的减小而增加,在100 Pa条件下,渗层厚度达到最大值51.7μm;渗氮后试样表面硬度达到最大值1100 HV0.01;低温低压离子渗氮能够提高304奥氏体不锈钢耐磨性,80 Pa和100 Pa是提高304奥氏体不锈钢耐磨性的最佳气压。     

W-Mo-Y等离子共渗合金层的研究

研究Q235钢表面等离子W-Mo-Y共渗层的组织、成分、结构、显微硬度,计算渗层中不同位置、浓度下的W、Mo原子扩散系数。结果表明：渗层组织为柱状晶,W、Mo元素呈梯度分布,Y的分布不均匀。共渗层主要结构相为钨钼在α-Fe中的固溶体和Fe17Y2,共渗层显微硬度最高256 HV0.05;Y元素降低表面W、Mo的活度,W、Mo合金元素的化学势变小,表面与基体之间的化学梯度减小,W、Mo原子扩散速率减慢;W-Mo-Y共渗层厚度要比W-Mo共渗层厚度薄;通过Fick第二扩散定律计算表明,在W-Mo-Y共渗和W-Mo共渗时,不同渗层中的W、Mo扩散系数有所不同,但属同一数量级即：10-13～10-14之间。     

0Cr18Ni9Ti不锈钢表面渗锆合金层的硬度及耐蚀性

利用双层辉光等离子渗金属技术,在0Cr18Ni9Ti不锈钢表面形成厚约65μm、均匀致密连续的渗锆合金层,并对不锈钢基材与渗锆合金层分别进行硬度检测与电化学腐蚀性能测试。结果表明:渗锆后,试样表面的硬度约为1530 HV0.05,明显大于不锈钢基材的表面硬度(约为350 HV0.05);渗Zr合金层的硬度由表及里逐渐降低,呈梯度分布;在0.5 mol·L-1H2SO4溶液、0.5 mol·L-1HNO3溶液、3.5%NaCl溶液中,不锈钢基材的相对腐蚀速度分别是渗Zr合金层的2.18倍、9.73倍、2.44倍;未处理的不锈钢表面腐蚀较为严重,而渗Zr合金层表面只出现轻微的局部腐蚀,可见经渗锆处理后,不锈钢的耐蚀性能有所改善。     

渗铝管合金层组织及性能研究

为研究渗铝管合金层的组织及性能,利用扫描电镜(SEM)及其配备的能谱仪(EDS),分别对渗铝管合金层的表面、截面组织进行了分析,利用显微硬度测试仪对合金层及基体硬度进行了测试。结果表明:渗铝管内外合金层表面主要为铝、铁以及少量碳元素,呈颗粒状外观;渗铝管合金层与基体之间存在呈锯齿状的分界线,合金层中Al、Fe含量分布较均匀;渗铝管合金层中存在数量较多、尺寸较大的疏松孔洞,尤其是接近表面处,孔洞中Al、Fe元素含量无异常;渗铝管中合金层硬度远大于基体硬度。     

10MoWNbV钢气体氧氮共渗后的渗层组织与性能

采用气体氧氮共渗方法,在610℃×2 h的条件下对10MoWNbV钢进行氧氮共渗处理。研究了处理后样品表面渗层的形貌、结构、显微硬度分布、抗拉强度、磨损特性和抗5%中性盐雾腐蚀特性。结果表明,试验钢经610℃×2 h氧氮共渗,渗层总厚度达到0.1 mm,在渗层的表面具有20μm左右的均匀致密的化合物层和50μm左右具有纤维状的扩散层,表面渗层中主要物相为Fe3N和Fe2O3以及少量的Fe2V3,渗层硬度最高处达710 HV0.05,与未共渗处理相比,表面耐磨性和抗蚀性大幅度提高。