金属材料表面改性技术—奥氏体氮碳共渗的进展

国际热处理联盟专用木语委员会已经将氮碳共渗正式定义为化学热处理(以前称为软氯化),它可用于金属零件,以形成表面氮碳富集的化合物层,并在该层下面形成富氮扩散区。铁素体氮碳共渗是在Fe-N-C三元系共析温度之下(即低于580℃)进行的,其扩散区处于铁素体状态,旨在使金属零件表面具有良好的耐磨性、抗疲劳与抗腐蚀性能。但是,普通碳钢经处理后,化合物层下面不具备明显硬化层。奥氏体氮碳共渗是在590～720℃进行的奥氏体状态处理,此时共     

45钢激光渗硼后的显微组织及相结构分析

用扫描电子显微镜和Ｘ射线衍射仪对４５钢激光渗硼层的显微组织和相结构进行了分析，结果表明４５钢激光渗硼后，渗硼区的显微组织：表层为胞晶组织，次表层为树枝晶组织，再往里为共晶组织。渗硼区组织的相组成为α－Ｆｅ、ＦｅＢ、Ｆｅ２Ｂ、Ｆｅ３（Ｃ·Ｂ）及Ｂ４Ｃ相等。不同显微组织中各相所占比例不同，因而导致各区显微硬度不同。     

离子注入硼、氮后纯铁表层的组织结构与性能

本文对纯铁进行了硼、氮离子注入试验，利用透射电镜和ｘ射线衍射仪分析了纯铁注入层的组织结构，而且对纯铁注入层的硬度和耐蚀性进行了测试。结果表明：纯铁注入硼离子后表层形成了弥散的ＦｅＢ相，晶界处形成了较粗大的Ｆｅ２Ｂ相；注入硼离子后再注入氮离子进一步形成了Ｆｅ２Ｎ和Ｆｅ３Ｎ相。硼、氮离子注入明显提高表层的硬度，显著地提高纯铁表层的耐蚀性。     

碳含量对AISI304奥氏体不锈钢离子碳氮共渗性能的影响

对AISI304奥氏体不锈钢进行了不同C2H2含量下的离子碳氮共渗,利用金相显微镜、辉光放电光谱仪、x射线衍射仪和显微硬度计测试了经碳氮共渗处理后试样改性层的截面形貌、渗层成分、相组成和力学性能.结果表明低温下离子碳氮共渗可以同时获得性能好的γc相和γn相,且最大含量分别出现在不同深度;气氛中C2H2含量为3%时,渗层厚度最大,表面显微硬度最大.     

双离子束同时注入用于材料表面改性

在研制的双源离子注入机上,把钛离子和氮离子同时注入工业铝、４５＃钢、ＣＣｒ１２钢、ＧＣｒ１５钢。摩擦学实验表明,上面四种材料经钛离子和氮离子同时注入后,动态 有不同程度的降低。ＡＥＳ和ＸＲＤ分析表明经钛、氮双离子同时注入时,工业铝表层生成了Ｔｉ、Ｔｉ３Ａｌ,Ｔｉ３Ａｌ,ＴｉＡｌ,ＡｌＮ,铁基样品表面层生成了ＴｉＮ,ＦｅＴｉ,Ｆｅ２Ｎ,Ｆｅ３Ｎ,ε－Ｆｅ２－３,ｒ－Ｆｅ４ｎ等金属化合物或硬质合金相。     

20钢制纺织钢领C-N-RE共渗研究

为取代钢领生产厂家现行的碳氮共渗工艺,采用"无毒液体C-N-RE共渗"对20钢制纺织钢领进行了共渗试验,对共渗试样的显微组织、截面显微硬度、渗层碳浓度和稀土元素浓度进行了测定和研究。结果表明,经"无毒液体C-N-RE共渗"淬火后,20钢制纺织钢领的表面碳浓度大大增加,显微硬度大大提高,显微组织主要包含碳氮化合物、针状马氏体和残余奥氏体,稀土元素起到了良好的催渗作用。     

钛铝基合金离子碳氮共渗及其耐磨性的研究

为提高TiAl基合金的耐磨性及抗高温氧化性,利用渗氮在TiAl基合金表面形成氮化物,以提高耐磨性;渗碳形成致密且与基体结合牢固的碳化物层,提高抗高温、抗氧化性;将二者结合,采用辉光离子碳氮共渗的方法,研究了渗层的相结构组成、不同工艺参数对TiAl基合金离子碳氮共渗后渗层厚度以及表面硬度和耐磨性的影响.结果表明:TiAl基合金共渗层是由碳氮化合物层与过渡层组成的复合相结构;随共渗温度的升高和时间的延长,渗层厚度增加;与未经共渗处理的试样相比,表面硬度及耐磨性显著提高.X射线衍射结果显示,渗层主要由TiC,TiN,AlTi3,Al2O3等组成.     

稀土元素对碳氮共渗过程中渗层碳氮浓度的影响

本文研究了稀土元素对碳氮共渗过程中渗层浓度的影响。试验结果表明,稀土可使共渗表层碳氮浓度有所提高,渗层深度增加。用电子探针能谱测出渗层沿表面的碳浓度分布曲线,从而进一步证实了稀土的活化催渗作用。     

齿轮用钢稀土碳氮共渗层摩擦学性能研究

研究了稀土元素对齿轮钢碳氮共渗过程及其摩擦磨损性能的影响.结果表面:稀土对齿轮钢碳氮共渗过程有明显的催渗作用;稀土在碳氮共渗中渗入钢表面起微合金化作用改善了渗层组织;稀土碳氮共渗处理后的抗干磨损性能及抗滑动磨损性能均明显优于普通碳氮共渗处理.     

表面纳米化38CrMoAl钢的低温离子氮碳共渗

采用表面机械研磨处理（SMAT）技术实现了38CrMoAl钢的表面纳米化,并对表面纳米化后的样品进行了490℃离子氮碳共渗。采用扫描电镜、X-衍射、透射电镜、显微硬度仪等分析和测试手段,对处理后的样品进行观察分析及性能测试。结果表明：经SMAT处理的样品实现了低温离子氮碳共渗,渗层中渗入较多的氮、碳原子,并析出大量细小的高硬度化合物,获得了较好的硬度分布。     

钛合金表面等离子体电解氮碳共渗的研究

在含有硝酸铵、甘油、乙醇的水溶液中,利用等离子体电解渗入技术在Ti6Al4V钛合金表面制备了氮碳共渗层.利用SEM、XRD、GDS以及显微硬度计分析了渗层的形貌、成分、组织和显微硬度,探讨了渗层形成的机理和过程.结果表明:(1)以300V的电压经45min处理制备的渗层总厚度约为100μm,其中化合物层约为20μm,主要由Ti(C,N)相组成;(2)渗层最高显微硬度超过2000HK0.0025.等离子体电解渗入技术可以较快地在钛合金表面制备出厚度大、硬度高的氮碳共渗层.     

丙烷浓度对45钢离子碳氮共渗的影响

首次以丙烷作为供碳剂对45钢进行离子碳氮共渗。利用金相显微镜、X射线衍射仪和显微硬度计研究了丙烷浓度对试样截面形貌、物相组成和表面硬度的影响。结果表明:随丙烷浓度的增加,化合物层厚度和表面硬度均呈现先增大后减小的趋势。当丙烷浓度为1.5%时,510℃离子碳氮共渗4h后,化合物层厚度和表面硬度分别达到最大值40μm和779HV0.05,同时得到以ε相为主,并伴有极少量渗碳体的最优物相组成。当丙烷浓度超过1.5%时,化合物层厚度和表面硬度均下降,这是由于渗碳体相含量随丙烷的增加而增加,并当丙烷浓度为2.5%时渗碳体成为主要物相,从而阻碍了C、N原子向基体内的进一步扩渗。     

热作模具钢热疲劳性能与铝液腐蚀性能研究

对４Ｃｒ５ＭｏＳｉＶ１钢和３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ钢分别进行３ＳＮＣ－ＲＥ共渗加氧化、ＳＮＣ共渗加氧化和ＳＮＣ－ＲＥ共渗等表面处理，并对经处理的试样分别进行了热疲劳性能和铝液腐蚀性能试验研究。     

高速钢刀具的氧氮碳共渗试验小结

高速钢刀具的氧氮碳共渗,我们过去曾称之为"氧氮化处理",是在含有水蒸汽和活性氮、碳原子的气氛中,在表面同时渗入氧、氮、碳的过程.它是一种复合了蒸汽氧化和气体软氮化的新工艺.氧氮碳共渗剂是浓度为30～50%的甲酰胺水溶液,采取滴入井式炉直接热分解的供气方式. 刀具经表面除油、去锈和盐、碱使之呈中性后,在回火温度作1～2小时的共渗处理,使表面形成深约0.03～0.05毫米而呈蓝灰色的氧氮碳共渗层.渗层具有较高硬度,无脆性,抗粘屑和耐腐蚀的性能,赋予了刀具高的耐用度和防锈能力. X射线衍射结构分析及金相检验示出,渗层由二层组成:外层为呈分层状的氧化物(Fe_3O_4和极少量的αFe_2O_3);内层为氮碳     

1Cr18Ni9Ti表层微束等离子弧重熔抗蚀性的研究

开展了微束等离子弧对１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢的表面改性研究,采用３Ａ,５Ａ微束等离子弧对其表层进行扫描重烷,并观察,分析了试样的显微组织,测定了扫描重熔前后试样在０．５ｍｏｌ／Ｌ Ｈ２ＳＯ４溶液中的阳极极化曲线。试验结果表明,由于快速凝固作用,微束等离子弧重熔细了试样表层组织,减小了显微偏析,抑制了碳铬化合物在晶界的沉淀析出,进一步提高了１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢的表面抗腐蚀能力。     

硬化工艺对双辉渗银不锈钢膜层结构及性能的影响

不锈钢双辉渗银处理获得的渗银层硬度较低且不耐磨,因此设计硬化方案对渗银不锈钢进行硬化,以改善其耐磨性。采用等离子氮碳共渗技术进行渗银层的改性工作,对不同工艺下膜层的微观形貌、成分及物相构成进行了分析,并对比了其硬度及磨损性能。两种硬化工艺下测得的硬度及磨损试验数据如下:渗银处理(×3h)+渗氮碳处理(×10h)工艺制备的试样表面硬度值为283HV0.025,15s,平均摩擦系数为0.4287,磨损失重为12.9mg;渗氮碳处理(×10h)+渗银处理(×3h)工艺制备的硬度值为544HV0.025,15s,平均摩擦系数为0.4266,磨损失重为11.5mg。可以看出渗银处理(×3h)+渗氮碳处理(×10h)工艺未提升渗银不锈钢的表面硬度,渗氮碳处理(×10h)+渗银处理(×3h)工艺将渗银不锈钢的表面硬度提升了近1倍。两种硬化工艺对渗银不锈钢的耐磨性能略有改善。     

QPQ盐浴复合处理对50钢耐磨性的影响

目前,对50钢采用QPQ盐浴复合处理后的研究报道不多,对其在冲击载荷下的摩擦磨损研究更为鲜见。用QPQ技术于570℃下对50钢氮碳共渗2 h,再于温度370℃下氧化20 min,利用SEM、显微硬度仪、X射线衍射仪和摩擦磨损试验机分别对QPQ渗层的显微组织、显微硬度、化学成分和耐磨性进行了研究。结果表明:QPQ渗层表面平整,渗层由外到内依次为氧化膜、疏松层、化合物层和扩散层;QPQ处理后试样的表面硬度为520HV1 N,在QPQ处理过程中,由于N元素的不断渗入,钢的表面形成Fe2~3N和Fe4N相;经QPQ处理的试样在干摩擦、油润滑和存在冲击载荷的情况下,摩擦系数和磨损量均分别有不同程度的减小,摩擦系数最高减少了33%,最小磨损量仅为调质态试样的7.7%。     

槽电压对纯铁表面液相等离子体电解硼碳氮三元共渗层摩擦磨损性能的影响

利用液相等离子体电解渗技术分别在340,360V和380V槽电压下对纯铁进行硼碳氮三元共渗(PEB/C/N)表面处理。分析纯铁表面PEB/C/N共渗层的形貌、成分、相组成和显微硬度分布。采用球-盘摩擦磨损仪评估槽电压对渗层摩擦磨损性能的影响,并分析渗层与ZrO_2球对磨时磨损机理。纯铁表面的PEB/C/N三元共渗层厚度随着放电电压升高而增大,最高硬度也相应增加。380V处理1h后硼碳氮三元共渗层中渗硼层和过渡层厚度分别达到26μm和34μm,渗层最高硬度可以达到2318HV。硼碳氮三元共渗层的磨损率仅为纯铁基体的1/10。硼碳氮共渗处理大幅度降低纯铁的摩擦因数和磨损率,但不同槽电压下制备的PEB/C/N共渗层的摩擦因数和磨损率变化较小。     

奥氏体不锈钢渗硼层的形成及其生长动力学过程

用光学显微镜，透射电镜，电子衍射，Ｘ射线衍射研究了奥氏体不锈钢渗硼层的形成及其动力学过程，结果表明，渗层形成过程，先形成含Ｂ固溶体，超过固溶度形成ＦｅＢ，最后形成ＦｅＢ并有Ｆｅ３（ＣＢ）同时存在，渗硼层生长厚度随时间变化关系符合抛物线规律。硼化物形核初期呈粒状，后沿（００２）晶向优先长大呈棒状，对硼化形成（００２）择优取向的原因和不能形成指状生长形貌硼化物层的原因进行了探讨。     

氮在离子氮碳共渗中的作用

研究了在离子氮碳共渗过程中氮对化合物层厚度的影响,同时对化合物层的微观组织结构和显微硬度进行了分析.结果表明:在离子氮碳共渗过程中,气氛中低氮势不利于ε相的生成,且渗层的显微硬度较低;高氮势有利于ε相的生成,同时提高了渗层的显微硬度;当氮势超过60%后对化合物层厚度影响不大.