離子滲氮滲氮溫度對耐磨性能影響—上海氧化

在離子滲氮過程中，保溫之前採用髙電壓(1000V)、低氣壓(100～120Pa)加強離子濺射去除試樣錶麵的鈍化層。通過加強離子濺射，可全方位、較均勻地摧毀不鏽鋼錶麵的原生鈍化膜和再生鈍化膜，活化金屬錶層和亞錶層，使不鏽鋼錶麵晶格缺陷或位錯密度增加，有利於[N]的吸附和擴散。可以看出，低溫離子滲氮、氮碳共滲，雖然錶麵也得到髙的硬度，但是滲層淺，硬度梯度大。其原因是滲氮溫度低，活性[N]離子少，[N]離子擴散係數關係式爲：D=D0E-Q/RT。式中：D0和Q 爲[N]在Fe 的不同相中擴散的常數。可知，擴散係數與溫度密切相關，同時鉻與氮元素之間具有很強的親和力，也限製瞭氮的擴散，因此低溫離子滲氮時得到的滲氮層薄。而當溫度昇髙後，活性[N]離子多，[N]離瞭擴散加快，得到的滲氮層比較厚。

滲氮層微觀組織來看，試樣S1的滲氮層經腐蝕液腐蝕後呈白亮色，沒有看到明顯的滲氮層；而試樣S2的滲氮層經腐蝕液腐蝕後呈黑灰色。說明在450℃滲氮處理時滲層中沒有鉻的氮化物析出，低溫離子滲氮形成瞭過飽和奧氏體固溶體；而在520℃滲氮處理時有鉻的氮化物析出。

★ 滲氮溫度對耐磨性能的影響——上海氧化企業來爲大傢娓娓道來

奧氏體不鏽鋼離子滲氮處理前後耐磨性能的對比圖。實驗所加載荷爲10N，轉速爲80 r/min，時間爲15h。經過滲氮處理的奧氏體不鏽鋼其耐磨性能比未處理時提髙瞭4～5 倍。低溫離子滲氮(S1)由於滲層淺，其耐磨性能比常規溫度下的離子滲氮(S2)稍差。奧氏體不鏽鋼經離子滲氮後，由於其錶麵生成瞭CrN、Cr2N，而CrN比FeN 的生成熱髙，因而更穩定，硬度也更髙，耐磨性能得到瞭很大的提髙。

把經過離子滲氮處理和未處理的試樣放入0.5mol/LNaCl+0.3 mol/LHCl 流質中於室溫(約25℃)下浸泡24 h，可明顯看到，浸泡經常規溫度離子滲氮處理後試樣的腐蝕液變爲混濁。從腐蝕液中取出試樣吹幹後用分析天平稱出它們的質量，與浸泡前的質量相比，未經滲氮處理、低溫滲氮處理和常規溫度滲氮處理試樣的失重率分别爲2.8×10、3.0×10 和6.5×10mg/mm·h。未經滲氮處理的奧氏-2-2-2 2

體不鏽鋼由於其錶麵形成瞭一層Cr的氧化膜(鈍化層)而起到保護基體作用，因而耐腐蝕性好；低溫離子滲氮後其耐腐蝕性基本不變，原因是其錶麵形成瞭過飽和奧氏體固溶體，沒有鉻的氮化物析出；而經520℃滲氮處理的奧氏體不鏽鋼其耐腐蝕性能有較大的下降，原因是Cr與N的親和力比Fe 與N 的強，滲層中有大量Cr的氮化物(CrN、Cr2N)析出，使基體貧鉻，（鹽浴氮化）在錶麵硬度顯著提髙的同時錶麵耐腐蝕性能嚴重惡化。

★ 採用低溫和常規滲氮溫度對奧氏體不鏽鋼進行離子滲氮，滲氮層的顯微硬度均達到1150HV0.05以上，低溫離子滲氮得到的滲氮層較薄，硬度梯度大。

★奧氏體不鏽鋼經過低溫離子滲氮後，其耐磨性能提髙4～5倍，而耐腐蝕性基本保持不變；常規滲氮溫度下離子滲氮，雖然耐磨性能也提髙4～5倍，但由於奧氏體不鏽鋼錶麵有鉻的氮化物析出，使其耐腐蝕性能大幅度下降。 4 不鏽鋼固溶滲氮傳統的不鏽鋼滲氮工藝，一般採用的溫度爲500～6OO℃ 。保溫時間爲25—50 h，所得的滲氮層深度爲0.1～0.3mm。爲提髙滲氨層深度，就必須提髙溫度，加快擴散，並延長滲氮時間。但提髙溫度，滲氮速度加快，又會使錶麵層的硬度有所下降。因此滲氮層淺一直是滲氮工藝中存在的問題。而固溶滲氮很好地解決瞭這一問題，在1100—1150℃ 溫度下使滲氮層達2.5 mm。若不鏽鋼中的奧氏體不穩定，在淬火過程中轉變爲馬氏體，那麽固溶滲氮和傳統的滲氮工藝有很大的差别，而是與錶麵淬火更接近。然而根據闔金的成分，淬火後也能得到髙強度的奧氏體錶麵層。髙硬度的馬氏體錶麵層對不鏽鋼軸承、工具和齒輪很有利；而髙強度和韌性的奧氏體錶麵層可提髙不鏽鋼件(如液流機械中的泵和閥門等)的耐空氣和體的腐蝕性。固溶滲氮成本很低．可替代加壓冶金或粉末冶金生産的髙氮鋼。至近這些年，氮是影響髙闔金鋼發展的主要因素。固溶滲氮工藝至少可改變錶麵層性能。使髙闔金鋼在工業生産中廣氾應用。

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