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中碳钢液相等离子体电解碳氮共渗的研究

杨群  
【摘要】:液相等离子体电解碳氮共渗工艺可以实现快速共渗,本文利用正交实验法优化了室温、大气压条件下液相等离子体电解碳氮共渗处理40Cr的工艺条件,研究了处理时间对碳氮共渗层组织、结构与性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)表征渗层的相结构;扫描电子显微镜(SEM)和轮廓仪观察渗层的表面形貌;运用金相显微镜观察样品的截面组织变化;运用EDS研究渗层的元素分布变化。采用HV-1000型显微硬度仪,测量了渗层的硬度;采用LK2005A型电化学工作站测量样品的极化曲线以评定渗层的耐腐蚀性能。 研究表明最优工艺条件为:处理电压125V,电解液为甲酰胺、氯化钾和水的混合溶液,有机溶液所占比例为80%;电极间距为10mm,试样处理前表面粗糙度Rα为0.13μm。经液相等离子体电解碳氮共渗处理后的试样表面为多孔形貌,处理时间越长,表面粗糙先增加后减小;当处理时间达20min时,渗层表面生成的半球状颗粒尺寸最小可达30nm。渗层厚度随着处理时间延长而增加,渗层前期生长速度较后期快;当处理时间为20min,渗层厚度可达58μm,渗层由两层白亮层和过渡层组成,主要物相为ε-Fe2_3N、Fe5C2、Fe3C和α-Fe(N)马氏体,SAED分析证明内白亮层为α-Fe(N)马氏体。白亮层的显微硬度最高可达650HV0.05,对极化曲线的分析表明碳氮共渗层的腐蚀速率远小于40Cr钢基体的腐蚀速率。


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