模具钢液相等离子体电解渗透的初步研究

【摘要】： 液相等离子体电解渗透技术工艺简单，在几分钟的时间内即可在金属基体表面形成高硬、耐磨、耐蚀的渗透层，因此在钢铁及其合金的表面处理领域具有非常广泛的应用前景。本文采用KF-[CO(NH_2)_2]电解液体系，对H13模具钢进行液相等离子体电解渗透处理，研究工艺参数对渗层厚度、渗层成分的梯度变化、渗层的结构及性能的影响。 优化了KF-[CO(NH_2)_2]电解液体系，结果表明，渗层质量与KF水溶液的含量相关，水溶液占总质量的9％时，渗层质量最好，因此将此工艺配方确定为本实验的电解液体系。 进一步研究返现，渗层厚度随处理时间的增加而增加，但当处理时间超过5min后，渗层厚度增长趋缓，渗层厚度随工作电压的升高也呈增加趋势。但处理时间过长和工作电压过高会造成工件工作温度过高，导致渗层质量变差。 试样处理3～5 min即可在工件表面形成厚度约为50～90 um的渗层。从表面到基体，依次为化合物层(3～5μm)-扩散层(30～50μm)-过渡层(20～40μm)-基体，其中，扩散层的存在可以提高工件表面的硬度、耐磨性等主要机械性能。 通过对原始态和热处理态处理后的试样做成分分析和相组成分析发现，碳、氮含量的峰值出现在扩散层中。渗层的相组成包括Fe_2C、Fe_3C、Fe_3C和[Cr，Fe]_2N_(1-x)相。 通过硬度分析表明，峰值硬度出项在扩散层，对于预先热处理的试样，峰值硬度可达1200 HV_0.1，然后从扩散层-过渡层-基体，硬度逐渐减小，最后逐渐趋于基体硬度(450 HV_0.1)，与C、N成分的分布规律相对应，对于未做预先热处理的试样峰值硬度可达1050 HV_0．1，而基体硬度只有190 HV_0．1。电解渗透后试样的磨损率比基体的磨损率低一个数量级，由此说明液相等离子电解渗透能大大提高基体的耐磨性。