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空心阴极辅助离子渗氮研究

陈丛民  
【摘要】:离子渗氮以其渗速快、热效率高,渗层质量高、综合力学性能好受到广泛关注。离子渗氮不仅能实现可控氮化和局部硬化,不生成脆性相,且渗层致密,有更高的耐磨性、耐蚀性和抗疲劳性能。然而现阶段仍然存在一些问题需要解决和讨论,如产生弧光损坏表面光洁度,尾气排放等问题。本文通过对炉内气流场的研究,设计制造空心阴极辅助离子渗氮设备,并利用该设备对40Cr、42CrMo、45钢进行离子渗氮。 本试验先将样品置为中性并进行空心阴极辅助离子渗氮,再对样品进行周期性空心阴极辅助离子渗氮与时效试验。为了提高材料的表面硬度,对样品加偏压后进行空心阴极辅助离子渗氮。试验后测试样品的表面硬度与硬度梯度,分析样品表面相组成与渗层金相显微组织。通过比较不同条件下样品的试验结果,得出以下结论: 空心阴极辅助离子渗氮技术可以有效地对样品进行渗氮;避免弧光的产生而破坏表面光洁度;渗氮可以在压力很小的情况下进行,减小了氨气的使用量与尾气排放量,节省能源,减小污染。 空心阴极辅助离子渗氮较适宜的处理条件为500℃时处理6小时,处理后化合物层厚度为3μm,渗层厚度可达到250μm。当样品为中性时,表面硬度为基体的3倍左右;当对样品加偏压时,表面硬度为基体的4倍左右。对样品加偏压的空心阴极辅助离子渗氮可以明显提高材料的表面硬度,较适宜的偏压大小为100V。 由于没有选取到理想的试验工艺条件,周期性空心阴极辅助离子渗氮与时效试验没有获得比一次性空心阴极辅助离子渗氮更良好的表面硬度与渗层组织。


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