氮气热等离子束照射纯铁氮化行为的研究

论文摘要

氮化工艺自上个世纪产生以来,至今已有近百年的历史,已经取得了相当大的进展而且也获得了广泛的工业应用。尽管氮化技术已经历了长时间的发展,但仍存在许多不足,最显著的一点是氮化时间过长,通常都需要几小时甚至几十小时来完成氮化过程。如何通过新的工艺来降低氮化成本、缩短氮化时间一直以来都是广大渗氮研究工作者所关心的课题。 热等离子束作为热力学局部平衡等离子体,与低温非平衡等离子体相比,其离子、电子的密度高,不仅电子交换能量,部分重离子也参与能量传递,远比非平衡辉光等离子、电晕放电时高得多。热等离子束因其具有较高的能量及一定的粒子浓度,应该可以作为一种等离子体源对材料进行表面氮化,并且有可能大大缩短工艺时间、节约工艺成本并简化操作。 基于以上原因,我们开发出利用热离子束照射进行氮化实验的装置,并利用该装置对纯铁的氮化行为进行了相关研究,主要研究成果如下:1.渗氮炉可以满足实验要求,利用N2-H2气体产生的热等离子束照射纯铁进行氮 化实验,渗氮速度比传统辉光离子氮化大大提高,将热等离子束照射进行氮化 这一理论设想从转变为实际,验证了等离子束照射渗氮的可行性。2.温度参数对氮化过程影响很大。在照射温度较低的情况下,试样几乎不能形成 氮化层,随着照射温度的升高,试样获得不同组织的渗层。3.试样表面硬度与渗层中含氮量表现出一定的对应关系。4.在照射温度比较高的情况下,试样渗层获得了和传统离子氮化明显不同的组 织,试样表层与基体之间形成了过渡层,并且过渡层与表层及基体之间形成不 同程度裂缝状。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 表面处理技术
• 1.1.1 表面处理技术的意义及其发展
• 1.1.2 氮化工艺的应用与发展
• 1.2 离子渗氮
• 1.2.1 辉光等离子体产生原理
• 1.2.2 离子渗氮特点
• 1.3 局部平衡热等离子体与非平衡低温等离子体
• 1.3.1 等离子体分类
• 1.3.2 热等离子体的产生及其特性
• 1.4 本课题的提出及研究内容
• 第2章 纯铁非平衡低温等离子体氮化
• 2.1 实验设备
• 2.2 实验方法
• 2.3 实验结果
• 2.3.1 表面形貌
• 2.3.2 表面硬度
• 2.3.3 渗氮层断面组织（SEM）
• 2.3.4 渗层分析（EDAX）
• 2.3.5 X射线衍射（XRD）
• 2.4 小结
• 第3章 氮气热等离子束照射纯铁表面强化
• 3.1 实验设备
• 3.1.1 等离子控制柜
• 3.1.2 气体供送系统
• 3.1.3 等离子喷枪
• 3.1.4 减压渗氮炉
• 3.2 实验方法
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 表面形貌
• 3.3.2 表面硬度
• 3.3.3 渗氮层断面组织（SEM）
• 3.3.4 渗氮层分析（EDAX）
• 3.3.5 X射线衍射（XRD）
• 3.4 小结
• 第4章 实验结果分析
• 4.1 表面形貌分析
• 4.2 表面硬度分析
• 4.3 渗氮层分析
• 4.4 X射线衍射分析
• 4.5 氮气热等离子束照射快速氮化机理探讨
• 4.6 小结
• 第5章 结论
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢
• 参考文献