奥氏体不锈钢交流电表面预处理与低温离子渗氮研究

论文摘要

金属材料的许多性能与其晶粒尺寸有密切的内在联系,细化晶粒尺寸一直是人们改善金属材料综合性能的一种有效途径。在服役环境下,金属材料的失稳多始于表面,金属表面自身纳米化处理,可以在各种金属材料的表面获得纳米晶组织,而且纳米结构层与基体之间没有明显的界面,在使用过程中不会因为外界条件的变化而发生剥层和分离能够明显地提高材料的表面和整体性能。表面纳米化在材料表面形成高体积分数的界面,为化学元素的扩散提供了理想的通道,能够显著地降低化学处理的温度和时间、提高元素渗入的浓度和深度,为开发新的表面处理工艺提供了有力支持。我们应用交流电表面纳米化处理的方法在奥氏体不锈钢AISI 316L表面得到了一层具有纳米晶粒的表面塑性变形层,然后把经过表面交流电纳米化处理的及未经过处理的奥氏体不锈钢AISI 316L试样分别放在离子渗氮炉中进行低温渗氮。借助于一些先进的分析仪器和分析方法,如X-射线衍射、扫描电镜、维氏硬度仪及WWM-1型万能摩擦磨损实验机对渗氮层进行测试和分析。结果显示渗氮前经过表面交流电纳米化处理可以显著的提高AISI 316L不锈钢的离子渗氮性能,和未经过表面交流电纳米化预处理的试样相比,经过预处理的试样表面得到了更厚的氮扩散层,而且硬度更高。再者,由于生成了较厚的S相和倾斜的氮分散层,经表面交流电处理试样的抗磨损能力比未经过处理的试样高出很多。经预处理后离子渗氮的试样在低温、短时间的条件下,便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间的延长,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。本文主要对奥氏体不锈钢交流电表面纳米化处理以及预处理后的离子渗氮工艺进行了研究。主要工作包括三个方面:首先,利用交流电在配制的电解液中以不同的参数对AISI 316L试样进行了表面纳米化处理,并利用多种检测技术对处理后的试样进行了表征,探讨了表面纳米结构形成的机理;其次,对表面纳米化处理后的多组试样分别在420℃、450℃、500℃下进行了离子渗氮实验,利用不同的技术对渗氮后的试样进行了表征;最后对氮化后的试样进行了摩擦磨损实验及耐腐蚀性实验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 离子渗氮的历史及发展趋势
• 1.2 离子渗氮机理及研究进展
• 1.3 金属材料的表面纳米化
• 1.4 奥氏体不锈钢的低温渗氮技术
• 1.5 课题来源及意义
• 1.6 本文的设想及主要工作
• 2 实验设备及分析技术介绍
• 2.1 实验设备
• 2.2 分析技术
• 3 材料表面纳米化预处理
• 3.1 表面处理实验
• 3.2 实验结果与分析
• 3.3 结论
• 4 离子渗氮实验
• 4.1 实验装置
• 4.2 实验过程
• 4.3 实验工艺参数
• 4.4 渗氮实验结果与分析
• 4.5 摩擦磨损及耐腐蚀性试验
• 4.6 S相层的性能
• 4.7 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 谢辞
• 攻读硕士学位期间主要成果
• 参考文献