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奥氏体不锈钢活性屏离子渗氮的研究

王礼银  
【摘要】: 活性屏离子渗氮是一种新的离子渗氮技术。它克服了直流离子渗氮过程中工件打弧、边缘效应、空心阴极效应、炉内工件温度不均匀、工件温度控制困难等一些固有缺点,并能达到与直流离子渗氮相同的处理效果,比较适合对奥氏体不锈钢进行低温渗氮处理,尤其是处理一些形状复杂且尺寸差异较大的奥氏体不锈钢零件。 本文利用活性屏离子渗氮技术,对AISI 316L奥氏体不锈钢的低温渗氮处理进行了系统的研究。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)、金相显微镜(OM)、显微硬度计和电化学分析仪等,对渗氮层进行测试和分析。探讨渗氮温度、渗氮时间、试样的电位状态以及活性屏材质等因素对渗氮层表面形貌、相结构、金相组织、显微硬度和耐蚀性能等的影响。 实验结果表明,工件温度和处理时间都对奥氏体不锈钢的渗氮结果起着重要的作用。在低温、短时间的处理条件下,可得到无氮化物析出的S相单相渗氮层。渗氮层不仅具有高的硬度,还保持了其原有良好的耐蚀性。随着工件温度的提高或处理时问的延长,渗层厚度增加,但渗氮层中有氮化铬析出,表面耐蚀性能有所下降。 本文还对活性屏离子渗氮的机理进行了研究。结果发现,活性屏离子渗氮是一个吸附—脱附的过程。从活性屏上溅射下来的中性S相粒子起到渗氮载体的作用。这些纳米数量级的粒子在溅射、迁移和沉积的过程中,通过表面的吸附和脱附作用,将活性氮原子传输到不锈钢表面,并渗入基体的内部,形成S相的渗氮层。在低氧富氢的气氛中,活性屏空间的各种粒子,通过碰撞作用消除了表面钝化膜对氮的阻隔,使奥氏体不锈钢的渗氮过程得以顺利进行。 还用活性屏离子渗氮技术对阀门制造商提供的大量奥氏体不锈钢零件进行了低温渗氮处理,得到了满足制造商需求的渗氮效果。证明了活性屏离子渗氮技术在该方面的优势。


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