17-4PH钢低温等离子体稀土氮碳共渗层组织与性能研究

论文摘要

本文针对17-4PH钢表面耐磨性低及渗氮后耐蚀性下降的问题,探索了有无稀土添加条件下低温等离子体氮碳共渗工艺。并对共渗层组织、相结构和渗入元素分别进行了OM、SEM、和TEM观察、XRD和EDS分析;同时,对共渗层的显微硬度、耐磨性及耐蚀性进行了表征。共渗层组织观察和渗层厚度的测量结果表明,稀土的添加能提高共渗速度,并细化组织。17-4PH钢在400°C、430°C和460°C等离子体氮碳共渗对应的较佳稀土添加量分别为RE0.05、RE0.1和RE0.05;在430°C×8h和460°C×16h条件下共渗,稀土的催渗作用较佳。EDS、XRD和TEM结果表明,在本试验条件下稀土可以扩散进入到17-4PH钢表面层中,但并不改变共渗层的表面相结构,共渗表面层主要由γ′-Fe4N和CrN相组成。在430°C等离子体稀土氮碳共渗时,表层的γ’-Fe4N和CrN相为纳米尺度,且共渗层中的γ’（200）存在择优取向;在距表面8μm处,稀土La和Ce的浓度达到最高,分别为1.9wt.%和1.5wt.%。力学性能和耐腐蚀性能测试结果表明,17-4PH钢经等离子氮碳共渗后提高了表面硬度和耐磨性,添加稀土使共渗层硬度和耐磨性进一步提高;在430°C稀土氮碳共渗较无稀土添加的共渗层硬度提高约110HV;17-4PH钢在400°C的共渗层耐蚀性随共渗时间延长而提高,较固溶态17-4PH钢的耐蚀性没有改善,但添加稀土使在430°C×4h共渗层的耐蚀性下降程度减轻。460°C有无稀土共渗处理的17-4PH钢表面耐蚀性较固溶态的都有所提高,共渗8h表面的耐蚀性提高最显著。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 等离子体渗氮及氮碳共渗研究进展
• 1.2.1 概况
• 1.2.2 Fe-N相图和Fe-C-N相图
• 1.2.3 等离子体渗氮的原理
• 1.2.4 17-4PH钢等离子体渗氮研究现状
• 1.2.5 稀土渗氮研究进展
• 1.2.6 稀土催渗机理
• 1.2.7 研究现状及发展前景
• 1.3 研究目的及研究内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 第2章 试验材料与试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设备
• 2.3 试验工艺方案
• 2.3.1 不同气压等离子体氮碳共渗
• 2.3.2 等离子体氮碳共渗稀土最佳添加量选择
• 2.3.3 等离子体氮碳共渗动力学
• 2.3.4 等离子体稀土氮碳共渗动力学
• 2.4 共渗层组织结构分析
• 2.4.1 金相组织观察
• 2.4.2 X射线衍射分析
• 2.4.3 透射电镜观察
• 2.4.4 扫描电镜观察
• 2.5 共渗层性能测试
• 2.5.1 显微硬度测试
• 2.5.2 摩擦学性能测试
• 2.5.3 抗腐蚀性能测试
• 第3章 17-4PH钢有无稀土等离子体氮碳共渗层组织结构
• 3.1 共渗层组织观察
• 3.1.1 不同气压下共渗层组织观察
• 3.1.2 稀土添加量对共渗层组织的影响
• 3.1.3 有无稀土添加不同时间共渗层组织观察
• 3.2 共渗层表面形貌观察
• 3.3 共渗层表面相结构与渗入元素分析
• 3.3.1 表面相结构XRD分析
• 3.3.2 掠射角X射线衍射（GXRD）分析
• 3.3.3 共渗层中元素分布的EDS分析
• 3.4 共渗层微观组织结构分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 17-4PH钢有无稀土等离子体氮碳共渗层性能
• 4.1 工艺参数对共渗层显微硬度影响
• 4.1.1 共渗层表面硬度
• 4.1.2 共渗层中的显微硬度分布
• 4.2 有无稀土添加共渗层的耐磨性
• 4.2.1 等离子体氮碳共渗层耐磨性能
• 4.2.2 等离子体稀土氮碳共渗层耐磨性能
• 4.3 17-4PH钢共渗层耐蚀性
• 4.3.1 等离子体氮碳共渗层耐蚀性
• 4.3.2 等离子体稀土氮碳共渗层耐蚀性
• 4.3.3 腐蚀机理分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢