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离子渗氮对304L不锈钢组织及高温耐磨性能的影响

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金属热处理 2022年第7期47卷 253-258页

作者：曹振李季罗平李佳惠李炯利王旭东北京石墨烯技术研究院有限公司北京100094 中国航发北京航空材料研究院北京100095 北京市石墨烯及应用工程技术研究中心北京100095 北京机电研究所有限公司北京100083

以焚烧炉用热电偶304L不锈钢套管为研究对象,开展了不同温度的离子渗氮试验研究。采用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计等分析了304L不锈钢离子渗氮前后的微观结构与力学性能,并研究了其在400℃的耐磨损性能。结果表明,304L不锈钢离子... 详细信息

以焚烧炉用热电偶304L不锈钢套管为研究对象,开展了不同温度的离子渗氮试验研究。采用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计等分析了304L不锈钢离子渗氮前后的微观结构与力学性能,并研究了其在400℃的耐磨损性能。结果表明,304L不锈钢离子渗氮后,可形成硬度1300 HV以上的表面硬化层。随着渗氮温度的提高,表面硬度有所提升,同时硬化层厚度显著增加。离子渗氮可提高304L不锈钢的磨损性能及耐高温氧化性能。

关键词：焚烧炉热电偶套管 304L不锈钢离子渗氮硬化层高温耐磨性能

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离子渗氮对304不锈钢组织和性能的影响

金属热处理 2022年第8期47卷 287-291页

作者：牛毅贺占胥王明利张杰牛文朋刘贯军河南科技学院高等职业技术学院河南新乡453600 新乡市高服机械股份有限公司河南新乡453700 河南科技学院机电学院河南新乡453003

为了提高旋振筛机在筛分锂能电池的正、负极材料时的使用寿命和物料的纯洁度,研究了304不锈钢试块在520℃下离子渗氮时间对其组织、硬度和耐蚀性能的影响。利用维氏显微硬度计和光学显微镜对渗氮层进行了硬度和深度测试,用球盘式旋转摩... 详细信息

为了提高旋振筛机在筛分锂能电池的正、负极材料时的使用寿命和物料的纯洁度,研究了304不锈钢试块在520℃下离子渗氮时间对其组织、硬度和耐蚀性能的影响。利用维氏显微硬度计和光学显微镜对渗氮层进行了硬度和深度测试,用球盘式旋转摩擦磨损试验机对渗氮层进行了摩擦磨损性能测试,用电化学工作站进行了耐蚀性能测试,并用X射线衍射仪对试样渗层进行了物相分析。结果表明,相比未经渗氮处理,304不锈钢试块经过渗氮处理后,渗层30μm深度处的硬度提高了5~6倍,渗层相对耐磨性为未经处理的24.5倍;尽管耐盐蚀性能降低,但其耐碱蚀性能提高。考虑到锂能电池的正极材料偏碱性和负极材料中性特点,旋振筛机上的304不锈钢网架和筛框经过离子渗氮处理后既可以大大提高旋振筛机的使用寿命,还能提高所筛分物料的纯洁度。

关键词： 304不锈钢离子渗氮硬度耐磨性耐腐蚀性

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离子铝氮复合渗对渗层组织性能的影响

中国表面工程 2023年第1期36卷 208-214页

作者：康前飞魏坤霞安旭龙刘细良赵芳利胡静常州大学江苏省材料表面科学与技术重点实验室常州213164 常州大学怀德学院靖江214500 常州大学材料科学与工程国家级实验教学示范中心常州213164 常州赛斐斯新材料科技有限公司常州213164

为解决高温渗铝存在的基体组织粗化及离子渗氮效率低等问题,研发离子铝氮复合渗。以调质态42CrMo钢为材料,先采用电解硝酸铝法在工件表面沉积氢氧化铝膜,然后进行离子渗氮处理,在不影响基体组织性能的前提下,研发离子铝氮复合渗创新技... 详细信息

为解决高温渗铝存在的基体组织粗化及离子渗氮效率低等问题,研发离子铝氮复合渗。以调质态42CrMo钢为材料,先采用电解硝酸铝法在工件表面沉积氢氧化铝膜,然后进行离子渗氮处理,在不影响基体组织性能的前提下,研发离子铝氮复合渗创新技术。采用SEM、光学显微镜、EDS、XRD、显微硬度计、电化学工作站、摩擦磨损测试机及三维轮廓仪等测试手段,对离子铝氮复合渗层进行测试分析。研究结果表明,离子铝氮复合渗处理后,试样表层高效形成多层次化合物渗层,在(520℃/4 h)工艺条件下,化合物层由17.24μm增加到51.23μm,提升约3倍;有效硬化层由175μm增加到1 050μm,提升约6倍。同时,化合物层中形成高硬度AlN及FexAl相;表面硬度由离子渗氮750 HV0.025提高到1 250 HV0.025;渗层耐蚀耐磨性比离子渗氮大幅度改善,腐蚀速率由5.42μm/a降低到1.23μm/a;摩擦因数由5.2降低到2.9,磨痕明显变窄变浅,表面未有明显磨损裂纹。首次采用沉积氢氧化铝膜作为预处理,成功研发高性能离子铝氮复合渗技术。

关键词： 42CrMo钢离子铝氮复合渗电解硝酸铝离子渗氮化合物层

2Cr13钢离子渗氮和WCrAlTiSiN离子镀复合处理及电化学行为

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中国表面工程 2024年第1期37卷 137-147页

作者：卢金鹏张念武王政伟张哲浩邵明昊李杨何永勇烟台大学核装备与核工程学院烟台264005 中国船级社青岛分社青岛266072 清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084 烟台大学机电汽车工程学院烟台264005

马氏体不锈钢的常规表面改性方法基本局限在单一化学热处理或镀膜,对表面性能的提升有限。对2Cr13不锈钢进行离子渗氮与多弧离子镀WCrAlTiSiN纳米多层涂层复合强化处理,研究其在天然海水环境中的耐腐蚀性能。采用不同的表面强化工艺,即... 详细信息

马氏体不锈钢的常规表面改性方法基本局限在单一化学热处理或镀膜,对表面性能的提升有限。对2Cr13不锈钢进行离子渗氮与多弧离子镀WCrAlTiSiN纳米多层涂层复合强化处理,研究其在天然海水环境中的耐腐蚀性能。采用不同的表面强化工艺,即未处理(Untreated)、低温渗氮处理(LPN)、高温渗氮处理(HPN)、单一镀膜处理(Coating)、低温渗氮+镀膜处理(LPN+C)和高温渗氮+镀膜处理(HPN+C)。采用X射线衍射、光学显微镜、透射电子显微镜和维氏硬度计对不同样品的组织结构、化学成分和硬度等进行表征。采用电化学阻抗法和动态电位极化法对2Cr13在天然黄海海水中的电化学行为进行测试。试验结果表明:WCrAlTiSiN涂层可在一定程度上提升腐蚀性能,但是溶液中的Cl^(−)通过较薄单一涂层的缺陷侵入基体。LPN样品因渗氮层的存在提升了一定的耐腐蚀性能,而HPN样品因为渗氮温度过高而导致CrN大量析出,使得样品表面出现“贫Cr”现象,耐腐蚀性能下降。复合处理样品的渗氮层-WCrAlTiSiN涂层可形成保护屏障,有效阻止电荷转移和电流从阳极流向阴极,提高2Cr13钢在海水环境中的耐腐蚀性能。通过离子渗氮-多弧离子镀WCrAlTiSiN纳米涂层复合强化方法可有效提升马氏体不锈钢在海水中的耐腐蚀性能。

关键词：氮化物涂层离子渗氮多弧离子镀显微硬度电化学腐蚀

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离子渗氮化合物层物相调控对耐磨性的影响

表面技术 2020年第8期49卷 172-177页

作者：彭甜甜林超林陈尧王辉胡静常州大学江苏省材料表面科学与技术重点实验室江苏常州213164 常州大学江苏省光伏科学与工程协同创新中心江苏常州213164 常州大学材料科学与工程国家级实验教学示范中心江苏常州213164 南京工程学院江苏省智能制造装备工程实验室南京211167

目的探索化合物层物相与耐磨性的关系,并实现其有效调控,从而满足不同零部件的服役性能要求。方法选用常用渗氮钢38CrMoAl进行不同氮气比(15%、20%、25%)离子渗氮研究,渗氮温度为510℃,保温4 h。采用光学显微镜、X射线衍射仪、显微硬度... 详细信息

目的探索化合物层物相与耐磨性的关系,并实现其有效调控,从而满足不同零部件的服役性能要求。方法选用常用渗氮钢38CrMoAl进行不同氮气比(15%、20%、25%)离子渗氮研究,渗氮温度为510℃,保温4 h。采用光学显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机对渗氮后的显微组织、物相组成、截面硬度、耐磨性进行了测试和分析。结果在相同的渗氮温度下,调节氮气比可获得不同物相组成的化合物层。在渗氮温度510℃下,氮气比为20%时满足形成γ′相的临界氮势,从而得到γ′单相化合物层。氮气比达到25%时,满足形成ε相的临界氮势,渗氮层中γ′相形成,并动态转变成ε相,使ε相逐渐增多,形成ε+γ′双相化合物层。结论38CrMoAl经不同氮气比离子渗氮后形成了ε+γ′双相化合物层,在较小磨损载荷(200 g)下,具有更优的耐磨性。但在较大磨损载荷(400 g)下,氮气比20%获得的γ′单相化合物层试样磨痕较窄,摩擦系数较小,即在较大磨损载荷下,γ′单相化合物层比ε+γ′双相化合物层表现出更加优异的耐磨性能。该研究可为不同磨损服役条件的零部件离子渗氮工艺设计提供参考。

关键词： 38CrMoAl钢离子渗氮化合物层物相耐磨性

42CrMo4钢硼氮离子复合渗与离子渗氮对比研究

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表面技术 2022年第4期51卷 121-126页

作者：麻恒赵晓兵魏坤霞罗琪刘细良胡静常州大学江苏省材料表面科学与技术重点实验室江苏常州213164 常州大学怀德学院江苏常州213164 常州大学材料科学与工程国家级实验教学示范中心江苏常州213164

目的为了进一步提高42CrMo4钢离子渗氮层的硬度,研发硼氮离子复合渗创新技术,并与离子渗氮层特性进行对比研究。方法在520℃、6 h的相同工艺条件下,对42CrMo4钢分别进行硼氮离子复合渗和离子渗氮处理。利用光学显微镜、XRD、显微硬度计... 详细信息

目的为了进一步提高42CrMo4钢离子渗氮层的硬度,研发硼氮离子复合渗创新技术,并与离子渗氮层特性进行对比研究。方法在520℃、6 h的相同工艺条件下,对42CrMo4钢分别进行硼氮离子复合渗和离子渗氮处理。利用光学显微镜、XRD、显微硬度计、摩擦磨损测试机和电化学工作站对截面显微组织、物相、截面硬度、耐磨性和耐蚀性进行测试和分析。结果硼氮离子复合渗可显著提高渗氮效率,在520℃、6 h工艺条件下,化合物层厚度由18.78μm增加到29.44μm,有效硬化层厚度由265μm增加到355μm。同时,硼氮离子复合渗后在渗层形成了硼铁化合物FeB和Fe_(2)B,显著提高了渗层的硬度和耐磨性;表面硬度由750HV0.05提高至1002HV0.05,耐磨性和耐蚀性明显提高,磨损率由3.06 mg/cm^(2)下降到1.02 mg/cm^(2);自腐蚀电位由–648.89 mV提高至–494.32 mV。结论与离子渗氮相比,硼氮离子复合渗具有显著优势,不仅可以提高离子渗效率,还可显著提升渗层性能,包括渗层硬度、耐磨性和耐蚀性。

关键词： 42CrMo4钢硼氮离子复合渗离子渗氮渗层耐磨性耐蚀性

离子渗氮工艺参数对4Cr5MoSiV钢表层组织与性能的影响

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表面技术 2019年第8期48卷 199-205页

作者：刘建睿严宏志李算田昊秦娟中南大学高性能复杂制造国家重点实验室

目的研究离子渗氮的温度及时间对4Cr5MoSiV钢渗氮层组织、表面硬度及耐磨性的影响,获得提高硬度、耐磨性的最优工艺参数。方法对4Cr5MoSiV钢表面进行离子渗氮处理,渗氮温度分别为450、480、510、540℃,保温时间分别为5、10、15、20h。... 详细信息

目的研究离子渗氮的温度及时间对4Cr5MoSiV钢渗氮层组织、表面硬度及耐磨性的影响,获得提高硬度、耐磨性的最优工艺参数。方法对4Cr5MoSiV钢表面进行离子渗氮处理,渗氮温度分别为450、480、510、540℃,保温时间分别为5、10、15、20h。利用维氏显微硬度仪测量渗层深度及表面硬度;利用X射线衍射仪分析渗层物相组成;利用摩擦磨损试验机评价试样耐磨性;通过扫描电镜观察表面磨痕区域。结果离子渗氮渗层表面的物相主要为γ'-Fe4N相和ε-Fe2~3N相。在实验范围内,随着温度的升高或时间的增加,材料渗层深度、表面硬度增加,磨损率减少,但当温度过高或时间过长时,表面硬度下降,磨损率增加。在480℃的条件下进行20h离子渗氮的材料,表面具有最好的摩擦学性能,表面硬度为1147HV0.2,磨损率为2.13×10^-5mm^3/(N·m),渗氮层深0.24mm,化合物层深14.05μm,摩擦系数为0.45,磨损状态为磨粒磨损。结论离子渗氮是适合于变截面弹簧的表面强化方式,可以在材料表面形成具有一定厚度、均匀分布的渗氮层组织,显著提升表面硬度和耐磨性,降低摩擦系数。

关键词：变截面弹簧 4Cr5MoSiV钢离子渗氮渗氮层组织耐磨性表面硬度

离子氮铝共渗方法及对42CrMo钢组织性能的影响

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表面技术 2023年第1期52卷 394-400页

作者：康前飞杨卫民魏坤霞汪丹丹刘细良胡静常州大学江苏省材料表面科学与技术重点实验室江苏常州213164 常州大学材料科学与工程国家级实验教学示范中心江苏常州213164 常州大学怀德学院江苏靖江214500 常州赛斐斯新材料科技有限公司江苏常州213164

目的研发离子氮铝共渗试验方法,达到不影响42CrMo钢基体组织性能前提下,显著提高试样表面硬度和耐磨性效果。方法采用电解法在42CrMo钢表面沉积氢氧化铝膜,再在520℃/4 h工艺下进行离子氮铝共渗处理,并在相同工艺参数条件与传统离子渗... 详细信息

目的研发离子氮铝共渗试验方法,达到不影响42CrMo钢基体组织性能前提下,显著提高试样表面硬度和耐磨性效果。方法采用电解法在42CrMo钢表面沉积氢氧化铝膜,再在520℃/4 h工艺下进行离子氮铝共渗处理,并在相同工艺参数条件与传统离子渗氮进行对比。用光学显微镜、维氏显微硬度计、摩擦磨损测试机、X射线衍射仪及SEM对截面显微组织、截面硬度、耐磨性及物相等进行了测试和分析。结果获得了离子氮铝共渗试验方法,在520℃/4h相同工艺参数下,离子氮铝共渗形成的化合物层和有效硬化层厚度比常规离子渗氮显著增加,其中,化合物层厚度由17.24μm增加到52.13μm,有效扩散层从175μm增加到1050μm,相当于等离子处理效率提升6倍;同时,渗层形成了AlN及FexAl强化相,大幅度提高了渗层的硬度及耐磨性能。表面硬度由750HV0.025提高到1250HV0.025,摩擦因数由常规离子渗氮0.52下降到0.29,磨损率由常规离子渗氮3.22×10^(-5)g/(m·N)下降到1.21×10^(-5)g/(m·N),磨痕明显减轻。结论采用电解硝酸铝生成氢氧化铝沉淀附着在工件表面作为预处理,获得了离子氮铝共渗试验方法,与常规离子渗氮相比,离子氮铝共渗形成了多层次渗层结构,大幅度提高常规离子处理效率、表面硬度及耐磨性。

关键词： 42CrMo钢离子渗氮氮铝共渗耐磨性摩擦因数电沉积

激光熔覆-离子渗氮复合改性层的组织和耐磨耐蚀性研究

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中国石油大学学报（自然科学版） 2022年第1期46卷 163-170页

作者：蒋淑英许红明蔡畅李浩楠中国石油大学(华东)材料科学与工程学院山东青岛266580

为解决常规渗氮技术渗氮速度慢渗层浅、截面硬度梯度大、脆性高和耐磨耐蚀性偏低的问题,在N80钢表面制备Cr-Ni-Ti-La激光熔覆-离子渗氮复合改性层。采用光学显微镜、X射线衍射仪、硬度计、摩擦磨损试验机及电化学工作站对激光熔覆-离子... 详细信息

为解决常规渗氮技术渗氮速度慢渗层浅、截面硬度梯度大、脆性高和耐磨耐蚀性偏低的问题,在N80钢表面制备Cr-Ni-Ti-La激光熔覆-离子渗氮复合改性层。采用光学显微镜、X射线衍射仪、硬度计、摩擦磨损试验机及电化学工作站对激光熔覆-离子渗氮复合改性试样和未熔覆直接渗氮试样的组织和耐磨耐蚀性进行对比研究。结果表明渗氮前后的熔覆层组织结构基本相同,硬度远高于N80钢基体,增强了对渗氮层的强度支撑和对试样截面硬度梯度的改善。熔覆层的存在促进了离子渗氮,显著增加了渗氮速度和渗氮层厚度。与未熔覆直接渗氮试样相比,激光熔覆-离子渗氮复合改性试样表面硬度进一步增大,摩擦系数、磨痕深度和磨损失重显著降低,耐磨性提高。在盐溶液中,其自腐蚀电流密度约为未熔覆直接渗氮试样的二分之一;在酸溶液中,二者的自腐蚀电流密度差约为100倍;激光熔覆-离子渗氮复合改性试样的耐蚀性显著增加。

关键词：激光熔覆离子渗氮稀土催渗耐磨性耐蚀性