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低温离子渗碳奥氏体不锈钢表面亮化处理的研究

贺芳  
【摘要】: 低温离子渗碳处理是一种能改善奥氏体不锈钢表面力学性能的有效方法。奥氏体不锈钢经过低温离子渗碳处理后,可显著提高其表面的硬度和耐磨损性能。但不锈钢经低温离子渗碳处理后,其表面覆盖了一层结构致密、结合牢固、极薄的黑色薄膜,不但影响了不锈钢表面的美观性,而且还影响渗碳不锈钢的耐蚀性。 本文首先对AISI 316L奥氏体不锈钢低温离子渗碳后表面形成的黑膜进行了分析研究,借助于一些先进的分析仪器和分析方法,如场发射扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、金相显微镜(OM)、显微硬度计,表面粗糙度仪和电化学分析仪等,对渗碳不锈钢表面黑膜的表面形貌、物相结构、化学成分以及黑膜对离子渗碳后奥氏体不锈钢耐蚀性的影响进行了测试和分析,探讨了在低温离子渗碳过程中奥氏体不锈钢表面黑膜的形成机理。实验结果表明,这层黑膜的成分、结构比较复杂,主要由单质的C和Fe、Cr的化合物组成。由于这层黑膜的存在,对渗碳不锈钢表面的耐蚀性能有较大的影响,因此有必要对低温离子渗碳奥氏体不锈钢的表面进行一次除黑膜的亮化处理。由于不锈钢离子渗碳后的硬化层厚度仅为50μm左右,所以在亮化处理过程中应尽可能地减少硬化层的减薄量。在借鉴并比较了几种不锈钢表面抛光处理方法后发现,电化学法是渗碳不锈钢表面亮化处理的一种比较理想的处理方法。 在奥氏体不锈钢表面电化学亮化处理技术的研究中,通过探讨电解液组分、电解电压、电解液温度、亮化处理时间和阴阳极板间距等各种因素对渗碳层的表面形貌、表面粗糙度、金相组织,刻蚀厚度、显微硬度和耐蚀性能等的影响,并对电解液和电化学亮化工艺参数进行了筛选和优化。实验结果表明,低温离子渗碳后的奥氏体不锈钢表面经电化学亮化处理后,不但可以使不锈钢恢复到原有的颜色,保留了渗碳不锈钢硬化层的高硬度和大厚度的特征,而且还可以大幅度地提高渗碳奥氏体不锈钢表面的耐蚀性,特别是抗点蚀效果比较明显。这对于要求应用在恶劣腐蚀环境中的奥氏体不锈钢机械零件具有重要意义。


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