硼钼共渗改性对304不锈钢耐磨性能的影响

采用双辉等离子渗金属技术在304不锈钢基体上B-Mo共渗,以期得到硬度高、耐磨性能好的改性层。分析改性层的组织结构元素分布、物相组成,测试其截面显微硬度,并在往复式磨损试验机上对渗层进行摩擦磨损性能测试。结果表明,304不锈钢表面经B-Mo共渗处理形成约30μm厚致密、均匀、成分呈梯度分布的表面合金改性层,主要由Fe2B、Mo2Fe B2和Fe-Cr组成,试样截面硬度呈梯度分布,近表面达到1173 HV0.05;改性层的主要磨损机制表现为磨粒磨损,磨损程度降低,耐磨性显著提高。     

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。     

电弧离子渗钛对316L不锈钢摩擦学性能的影响

研究了阴极电弧离子渗钛对316L不锈钢摩擦学性能的影响。结果表明:利用阴极电弧离子渗金属技术在316L不锈钢表面制备的渗钛层峰值钛含量为66%(质量分数),渗钛层主要由Fe_2Ti和Ni Ti相组成,渗层与基体结合牢固;表面硬度由基体的2000 MPa提高到了4000 MPa,硬化层深度约为150μm;在干摩擦条件下,渗钛的不锈钢样品摩擦系数明显低于未渗钛样品,磨损率降低到未渗钛样品的1/7。未渗钛样品的磨损机制为磨料磨损、氧化磨损和粘着磨损,渗钛样品的磨损主要是渗层局部剥落引起的。     

AISI316L不锈钢等离子氮碳共渗层的表征

奥氏体不锈钢通过等离子氮碳共渗可显著提高其表面硬度,从而提高耐磨性而又不损害其抗腐蚀性能。本文采用光学显微镜、显微硬度和微磨损试验对经于450℃等离子氮碳共渗的AISI316L不锈钢和所获得的渗层进行了表征。结果证明,等离子氮碳共渗层由氮化铬析出相和富氮奥氏体基体组成,其硬度约850HV;渗层总深度平均约为45μm,且很均匀;渗层的耐磨性大大高于基体。     

AISI 300系列奥氏体不锈钢渗氮层组织和性能研究

目的 在AISI 300系列奥氏体不锈钢表面制备单一S相渗氮层,提高该系列不锈钢渗氮层的硬度、抗磨损性能,对比揭示渗氮前后不锈钢的磨损机制。方法 采用低温辉光等离子渗氮技术(LTPNT)在AISI 300系列奥氏体不锈钢表面制备渗氮层。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)分析渗氮层的截面形貌、元素分布和物相组成;通过比磨损率和磨痕形貌分析渗氮层的摩擦学性能;利用电化学实验考察渗氮前后3种不锈钢的耐蚀性。结果 AISI 300系列奥氏体不锈钢经380 ℃、12 h处理后,其表面获得了厚度为15 μm左右、与基体致密结合、组织成分均匀的渗氮层;渗氮层的相结构主要为S相,无CrN相析出;经渗氮后,该系列不锈钢表面硬度均为1 100HV左右,较基体硬度提高了5倍左右;不锈钢基体的磨损机理为黏着和磨粒磨损,经渗氮后转变为氧化磨损和微切削;渗氮层的比磨损率约为不锈钢基体的1/20,抗磨损的能力得到显著提升;在25 ℃环境温度下渗氮后,304L、316L和321的自腐蚀电位下降,腐蚀电流密度增加,腐蚀速率加快,耐腐蚀性能稍有降低。通过对比腐蚀形貌发现,渗氮层仍具有一定的耐蚀性能。结论 通过LTPNT可以获得高硬度、组织均匀致密、结合强度高的渗氮层,渗氮层中S相的存在可以显著提高AISI 300系列奥氏体不锈钢的表面硬度、抗磨损能力,降低其摩擦因数和比磨损率,对延长不锈钢的服役寿命有着积极的作用。     

渗扩时间比对AISI 316不锈钢渗氮层组织与性能的影响

采用真空两段渗氮工艺,在不同的强渗、扩散时间下对AISI 316不锈钢进行渗氮处理,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)、显微硬度测试和摩擦磨损试验等分析了渗氮层的组织和性能。结果表明,经过12 h的真空渗氮后,AISI 316不锈钢表面形成了一层由γ′-Fe₄N、ε-Fe_2-3N和CrN等相组成的渗氮层,其表面硬度和耐磨性能相较于基体均有明显的提高。其中,渗扩时间比为1∶1(强渗6 h、扩散6 h)时的渗层厚度约为96 μm,表面硬度约为1069 HV0.5,是基体表面硬度的4.5倍,在20 N载荷下的磨损量约为基体的1/3;渗扩时间比为1∶2(强渗4 h、扩散8 h)时的渗层厚度约为120 μm,ε-Fe_2-3N相衍射峰增强,在20 N载荷下的磨损量约为基体的1/30。延长扩散时间能增加渗氮层厚度,改善表面形貌,进一步提高不锈钢的耐磨性。     

AISI 316不锈钢表面银氮复合共渗及其磨损和抗菌性能

为提高奥氏体不锈钢的表面硬度和耐磨性并赋予其良好的抗菌性能,应用改进的活性屏离子渗氮技术(ASPN)对AISI 316不锈钢进行了银氮(Ag-N)共渗处理。用SEM、EDS、XRD、TEM、辉光放电光谱仪(GDOES)表征复合共渗层的成分和组织结构。对不锈钢基体(SS)和复合共渗层的显微硬度、空气和腐蚀介质中的磨损性能、抗腐蚀性能以及对金黄色葡萄球菌(S.aureus)的抗菌性能进行了分析。结果表明,Ag-N复合共渗处理后形成的复合共渗层连续致密,主要由Ag掺杂S相纳米结构沉积层和S相扩散层构成。复合共渗层表面硬度较基材提高了约3~4倍,干摩擦条件下的磨损量较基体最高降低了约84.6%。复合共渗处理后试样在人工模拟体液(SBF)中的耐蚀性较基体不锈钢略有降低,比磨损率较基体降低了约35%。抗菌试验表明,复合共渗层与金黄色葡萄球菌(S.aureus)接触12 h后,达到了100%的杀菌率。     

316L不锈钢表面B-RE共渗层组织及磨蚀性能北大核心CSCD

为提高316L奥氏体不锈钢的抗磨蚀性能,选用膏剂渗硼技术对316L奥氏体不锈钢表面进行硼-稀土共渗处理。采用电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪和显微硬度计分析共渗层组织形貌、相组成及硬度,并利用超声波振荡空蚀仪和喷射式冲刷腐蚀试验机研究共渗层的抗空蚀、冲蚀性能。结果表明,316L不锈钢表面B-RE共渗层组织致密,齿形平坦,表层为一薄层单一FeB相,内层为Fe_2B、Cr_7C_3以及基体相γ-Fe,并出现Cr元素富集现象。共渗后显微硬度高达1654~2124 HV,由表及里呈逐渐下降趋势。磨蚀试验表明,共渗层的抗空蚀能力比基材提高1个数量级,抗冲蚀性能明显提高,冲蚀机理由基材的机械冲击转变为共渗层的流体冲刷作用。     

氧化镧对TC4钛合金固体渗硼的影响

对固体渗硼剂(碳化硼+碳化硅)中添加氧化镧对钛合金渗硼层的表面形貌与相组成、渗层厚度、渗层硬度、渗层与基体的界面结合力以及渗层摩擦磨损性能的影响进行了研究。结果表明,固体渗硼剂中添加氧化镧(4.0%,质量分数)细化了渗层表面形貌组织;显著提高了渗层的厚度与表面硬度(增幅分别为50.7%和34.8%);提高了渗层与基体的界面结合力(增幅为37.25%);大幅提高了渗层在摩擦磨损过程中抗剥落性能以及渗层自身的抗裂性能。自身抗裂性能的提高与渗层中含有Ti金属物相从而提高渗层的韧性有关。添加氧化镧渗层与未添加氧化镧渗层相比,具有低的摩擦系数(0.12)且摩擦磨损表面无对摩件中Fe元素。     

QPQ氮化时间对316L不锈钢组织和性能的影响

对316L不锈钢进行了QPQ(Quench-Polish-Quench)处理,研究了600℃渗氮温度下保温(60、90、120、150和180min)后渗层的组织和性能。利用光学显微镜、SEM、XRD、显微维氏硬度计和摩擦磨损机分析材料渗层的显微组织、物相、硬度和耐磨性。结果表明,316L不锈钢经QPQ处理后,渗层表面氧化层由Fe3O4组成,中间化合物层的物相主要包括Fe2~3N、Fe4N、Cr N和α-N相,靠近基体的扩散层主要由Cr N和γN相组成。随着渗氮时间延长,化合物层厚度从60 min的16.54μm增加到180 min的34.94μm,化合物层厚度与渗氮时间呈抛物线关系。与未处理试样相比,QPQ处理试样硬度值提高了4~6倍。干摩擦磨损测试表明,未处理试样表面发生粘着磨损,磨损量和磨损率较大;渗氮后150 min试样耐磨性最好。     

不锈钢表面含Cu功能梯度复合改性层的制备及抗菌性能

为提高奥氏体不锈钢(ASS)的耐磨性及赋予其抗菌性能,应用改进的活性屏离子渗氮(ASPN)技术,将纯铜冲孔板置于不锈钢冲孔板上面作为活性屏的顶盖,对316奥氏体不锈钢在低温下(430℃)进行表面渗氮处理,在其表面形成由含Cu抗菌沉积层和S相(氮在奥氏体中的过饱和固溶体γ_N)硬质支撑层组成的功能梯度复合改性层。用扫描电镜(SEM)及其所附能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)表征复合改性层的组织形貌、成分及相结构。用显微硬度计和往复摩擦磨损试验机测试了基体和复合改性层的显微硬度和摩擦磨损性能,用金黄色葡萄球菌进行体外抗菌试验评价复合改性层的抗菌性能。结果表明,在偏压达到250 V后,形成了连续分布的硬质S相扩散层和含Cu沉积层组成的复合改性层。改性层表面最高硬度可达928 HV0.05,与Si₃N₄小球对磨时比磨损率较基体降低约57.76%,显著提高了不锈钢的耐磨性。抗菌试验表明,复合改性层与金黄色葡萄球菌接触24 h后,对金黄色葡萄球菌抗菌率提高到98.5%。改进的活性屏离子渗氮技术制备的功能梯度复合改性层可以有效提高...     

Corrosion and wear behaviors of boronized AISI 316L stainless steel

In this study, the effects of a boronizing treatment on the corrosion and wear behaviors of AISI 316L austenitic stainless steel (AISI 316L) were examined. The corrosion behavior of the boronized samples was studied via electrochemical methods in a simulation body fluid (SBF) and the wear behavior was examined using the ball-on-disk wear method. It was observed that the boride layer that formed on the AISI 316L surface had a flat and smooth morphology. Furthermore, X-ray diffraction analyses show that the boride layer contained FeB, Fe₂B, CrB, Cr₂B, NiB, and Ni₂B phases. Boride layer thickness increased with an increasing boronizing temperature and time. The boronizing treatment also increased the surface hardness of the AISI 316L. Although there was no positive effect of the coating on the corrosion resistance in the SBF medium. Furthermore, a decrease in the friction coefficient was recorded for the boronized AISI 316L. As the boronizing temperature increased, the wear rate decreased in both dry and wet mediums. As a result, the boronizing treatment contributed positively to the wear resistance by increasing the surface hardness and by decreasing the friction coefficient of the AISI 316L.     

低碳钢表面激光熔覆不锈钢的组织和性能

采用JHM-1GY-400型脉冲Nb∶YAG固体激光器和316L不锈钢粉末在20低碳钢表面制备了激光熔覆层。利用OM、XRD、SEM等表征方法分析了不锈钢熔覆层的物相组成和显微组织,并分别利用旋转摩擦试验机和电化学工作站对熔覆层和基材的耐磨损和耐腐蚀性进行了研究。试验结果表明,不锈钢熔覆层厚度约为50 μm,由γ相(奥氏体)和α相(铁素体)组成,其显微组织主要包括细小的树枝晶、粗大的胞状晶以及平面晶;不锈钢熔覆层表面硬度约为基材的2倍,摩擦因数比基材低0.0418,磨损量更低,不锈钢熔覆层比基材具有更高的耐磨性。与基材相比,不锈钢熔覆层具有更低的自腐蚀电流和更高的自腐蚀电位,其耐腐蚀性能更优异。     

Duplex surface treatment of an AISI 316L stainless steel; microstructure and tribological behaviour

Austenitic stainless steel AISI 316L is used in several industrial applications, mainly due to its excellent corrosion resistance; however, its low hardness and poor wear performance impose strong limitations in many cases. A combination of DC-pulsed plasma nitriding and plasma assisted PVD coating as a surface treatment has been shown to improve the material fatigue and wear resistance without affecting the corrosion performance. In the present work a duplex treatment, consisting of a plasma nitriding at 673 K for 20 h and a subsequent coating with a TiN layer was applied to an AISI 316L steel. The microstructure obtained as well as the tribological behaviour was extensively studied. Wear tests were performed in rolling-sliding condition under different loads (490, 1225 and 1960 N). Different wear mechanisms were observed depending on the normal applied load. Analysis and discussion of the wear test results showed that the combination of the two processes, plasma nitriding and plasma assisted PVD coating, improves considerably the wear resistance of the AISI 316L. At low applied loads, the duplex treatment improved significantly the wear resistance during the sliding/rolling contact, i.e. only abrasion was observed. However, upon increasing the applied loads fatigue and delamination wear mechanism appeared. In the case of the highest applied load, delamination was the main wear mechanism observed in the tested samples.     

17-4PH不锈钢激光气体渗氮层显微组织与摩擦学性能

目的 提高17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢的表面硬度及耐磨性。方法 采用光纤激光器对17-4PH不锈钢进行激光气体氮化,采用不同激光功率在其表面制备渗氮层。利用光学显微镜(OM)、电子扫描显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等设备分析渗氮层的显微组织和相组成;借助显微硬度仪测试渗氮层截面深度方向的硬度;采用多功能摩擦磨损试验机测试基体、渗氮层的摩擦学性能,并通过SEM分析磨痕形貌,揭示基体与渗氮层的磨损机制。结果 在渗氮前样品组织为回火马氏体,经激光渗氮后样品表面形成了由板条马氏体组成的熔化区和回火马氏体组成的热影响区构成的渗氮层。经渗氮后,样品的硬度均得到提高。在激光功率3 000 W下,渗氮层的表面硬度最高,达到了415HV0.2,约是基体硬度的1.2倍,渗氮层的硬度随着深度的增加呈下降趋势,在深度为2.6 mm处其硬度与基体一致。在回火马氏体向板条马氏体转变的相变强化,以及氮原子(以固溶方式进入基体)的固溶强化作用下,提高了渗氮层的硬度。经渗氮后,样品的摩擦因数均高于基体,但渗氮后其磨损量相较于基体有所减少,在激光功率3 000 W下,其磨损体积最小,相较于基体减少了62%。在激光功率2 500 W下马氏体转变不完全,在激光功率3 500 W下渗氮层出现了裂纹,都降低了渗氮层的硬度,其耐磨性也随之减小,且都略低于在3 000 W下。磨损机制由渗氮前的以黏着磨损为主,转变为渗氮后的以磨粒磨损为主。结论 在17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢表面进行激光渗氮后,其表面硬度和耐磨性均得到提高,在激光功率3 000 W下制备的渗氮层具有较高的表面硬度和优异的耐磨性。     

AISI 316L奥氏体不锈钢低温离子-气体渗碳工艺优化

目的将低温离子-气体乙炔渗碳应用于AISI 316L奥氏体不锈钢表面硬化处理,同时探讨其硬化处理的最优工艺参数及优化效果。方法采用离子轰击去除不锈钢表面钝化膜并活化其表面,再进行低温气体乙炔渗碳,实验过程使用脉冲式供气循环处理方式。进行温度梯度实验,寻找渗碳处理的临界温度。并采用正交试验法设计3因素3水平共9组实验,分析气体比例、离子轰击时间、保温压强3个因素对渗碳层硬度和厚度产生的影响,以期得到不锈钢低温离子-气体乙炔渗碳优化工艺。通过对经过最优化工艺处理过后的不锈钢硬化层组织、成分、厚度、硬度、耐磨性、耐蚀性能的研究分析,验证此工艺对AISI 316L奥氏体不锈钢硬化处理的适用性。结果处理温度为540℃时渗碳层有碳的铬化物析出;离子轰击时间对渗碳层硬度影响最大,保温压强对硬化层厚度影响最明显。在硬化处理温度为520℃,V(H2)∶V(C2H2)=1∶1,渗碳压强为-0.02 MPa,离子轰击时间为20 min时,316L奥氏体不锈钢离子-气体乙炔渗碳效果最优。经优化工艺处理后不锈钢硬化层厚度达到30μm左右,表面硬度达到838HV0.05,耐蚀性和耐磨性能等都显著提高。结论低温离子-气体乙炔渗碳硬化处理适用于AISI 316L奥氏体不锈钢,其处理最合适温度为520℃。经优化工艺处理后的不锈钢具有较高的硬度、厚度,良好的硬度梯度,高耐蚀性能及高耐磨性能。     

基体材料对Cr/CrN多层涂层在海水环境中磨蚀性能的影响

目的 讨论海水环境下不同基体材料对Cr/CrN交替的多层复合涂层磨蚀性能的影响,为海水环境下耐磨蚀材料基体的选择和应用提供参考。方法 采用多弧离子镀技术在316L不锈钢和TC4钛合金基体上沉积Cr/CrN多层复合涂层,通过XRD、SEM等技术对涂层材料的微观结构进行表征,通过硬度测试、结合力测试、电化学分析、摩擦磨损试验等技术对涂层材料的力学性能、电化学性能以及摩擦学性能进行分析,比较不同基体对Cr/CrN多层涂层在海水环境中磨蚀性能的影响。结果 以TC4钛合金为基体的Cr/CrN多层涂层的硬度为1727.2HV0.3,虽略小于以316L不锈钢为基体的涂层硬度（2241.5HV0.3）,但其在膜-基结合力、海水环境下电化学性能和摩擦学性能等方面均优于以316L不锈钢为基体的涂层。结合力测试中,以TC4为基体的多层涂层初始裂纹出现在31 N,扩展裂纹出现在42 N,大于316L基体涂层的22 N和35 N。电化学测试中TC4基体涂层的腐蚀电位为?0.20 V,大于316L基体涂层的腐蚀电位（?0.21 V）。海水环境下TC4基体涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.35和2.9950×10?5 mm3/(N?m),均小于316 L基体涂层的平均摩擦系数（0.36）和磨损率（4.9895×10?5 mm3/(N?m)）。结论 TC4钛合金更适合作为海水环境用Cr/CrN多层涂层耐磨蚀材料的基体材料。     

低温低压等离子弧辅助离子渗316L不锈钢的耐磨耐蚀性能

目的提高316L不锈钢的硬度、耐磨性。方法在400℃、2 Pa下,利用空心阴极直流弧辅助,进行了316L奥氏体不锈钢离子渗氮(PN)、离子氮碳共渗(PNC)及离子氮碳共渗加离子渗氮复合(PNC+PN)处理。针对处理后的样品,用莱卡显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度仪、3D形貌仪、球盘式摩擦磨损仪及电化学工作站等对组织、形貌、物相、机械性能及耐蚀性能进行表征。采用显微硬度计、微纳米综合力学系统测试分析处理后样品的力学性能。结果在空心阴极直流弧辅助下,三种工艺可获得超过3 mm/h的渗层生长速度。同316L不锈钢基体相比,PNC+PN复合处理样品的表面硬度提高3倍以上,在3.5%Na Cl中性电解质中的耐蚀电流密度降低约50%。结论 PNC处理和PNC+PN复合处理可获得更大的渗层厚度和更高的表面硬度,渗层中C、N含量越高,渗层组成相的晶格参数越大,渗层中产生的滑移带密度越大。低温低压等离子弧辅助离子渗不仅能有效提高316L不锈钢的表面硬度,还能提高不锈钢的耐蚀能力。     

Design and characterisation of an advanced duplex system based on carbon S-phase case and GiC coatings for 316LVM austenitic stainless steel

Low temperature plasma carburising of austenitic stainless steels is attracting special attention because it can effectively improve their hardness, wear resistance and fatigue properties by the formation of interstitial supersaturated, super-hard and metastable S-phase. However, this S-phase layer tends to have a high friction coefficient between 0.5 and 0.7 under dry sliding conditions against WC ball. In this study, a new duplex surface system has been designed by combing chromium doped carbon-based GiC coating with S-phase to improve the tribological and load bearing capacity of 316LVM austenitic stainless steel. Laser confocal microscopy, SEM, XRD, XTEM, Micro-scratch and a pin-on-disc tester were employed to characterize the phase constitution, surface morphology, hardness, friction coefficient and load-bearing capacity of the single coated and duplex treated specimens. The results show that the new duplex surface system possesses a desirable combination of properties in terms of low friction (0.1-0.2), high wear resistance and high load bearing capacity.