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奥氏体不锈钢低温离子渗氮及碳氮共渗工艺研究

作　者: 郭元元
导　师: 张以忱
学　校: 东北大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 低温离子渗氮低温离子碳氮共渗奥氏体不锈钢氮势辅助阴极
分类号: TG156.82
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文首先对奥氏体不锈钢低温离子渗氮课题研究背景、内容及意义和国内外发展情况及研究现状进行了描述。然后分析了离子渗氮的基本原理、基本概念和离子渗氮同其它渗氮方法以及奥氏体不锈钢强化方法相比较的优点。实验采用自行改造的辉光脉冲离子渗氮炉。试样材料为AISI304奥氏体不锈钢,表面抛光并清洗干净,离子渗氮时将试样平放在真空室内阴极盘上,为了更准确测量并控制处理温度,将柔性热电偶的端部绝缘并与试样表面接触。实验研究了低温下不同氮势离子渗氮过程以及改变试样离辅助阴极距离时离子渗氮特点；并且研究了低温下不同碳含量时离子碳氮共渗工艺并比较了NT(离子渗氮)、NT+NTC(离子渗氮+离子碳氮共渗)和NTC(离子碳氮共渗)不同工艺的特点。采用XRD进行渗层的相组成的分析、用SEM和金相显微镜进行了渗层表面形貌的观察、用显微硬度计测量渗层显微硬度、用金相显微镜观察横截面形貌并计算出渗层厚度、用摩擦磨损试验机来测量渗层耐磨性能、用辉光放电光谱仪(GDS)对渗层内不同深度的C、N含量的变化规律进行分析、用电化学腐蚀试验来检测渗层的耐腐蚀性能。实验研究结果表明：奥氏体不锈钢低氮势离子渗氮更有利于单一S相的形成,而高氮势的条件下更易形成氮的化合物。随着氮势的提高,渗氮层表面显微硬度、渗层深度可以成倍提高,耐磨性能也有所提高；奥氏体不锈钢经过增设辅助阴极离子渗氮后硬度明显增加,并且随着辅助阴极离试样距离的减小,硬度先因氮的固溶增加再因化合作用有所降低。表面粗糙度值逐渐增加。渗氮层的深度明显增加,当试样离辅助阴极距离为5mm和10mm时,渗层厚度成倍增加；奥氏体不锈钢低温离子碳氮共渗的渗层内氮和碳的最大含量分别出现在不同的深度,碳原子被氮挤入渗层内部,扩大了渗氮层深度。渗层深度和硬度最大值出现在C2H2含量为3%时,当C2H2继续增加到5%,由于碳的饱和,导致渗氮层变薄,渗层深度减小,同时硬度降低；NT处理硬度梯度大,而NT+NTC和NTC处理能够很好改善渗层的硬度分布,提高了渗层抗载荷能力；NT+NTC和NTC处理后渗层内氮和碳的最大含量分别出现在不同的深度,碳原子被氮挤入渗层内部,扩大了渗层深度。

全文目录

中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
第1章概述  12-18
  1.1 课题研究背景  12
  1.2 奥氏体不锈钢离子渗氮课题内容及研究意义  12-13
  1.3 离子渗氮设备发展历程  13
  1.4 国内外离子渗氮技术的发展历程  13-14
  1.5 国内外奥氏体不锈钢渗氮研究状况  14-18
第2章离子渗氮理论  18-24
  2.1 离子渗氮的基本概念  18-19
  2.2 离子渗氮基本原理  19-20
  2.3 离子渗氮较其他渗氮方法的优点  20-23
    2.3.1 气体渗氮  20
    2.3.2 盐浴渗氮  20-21
    2.3.3 离子渗氮  21-23
  2.4 离子渗氮常用工艺  23-24
第3章实验设备及测试方法  24-34
  3.1. 实验设备  24-27
    3.1.1 设备参数  24-26
    3.1.2 脉冲电源等离子体渗氮技术特点  26-27
  3.2. 离子渗氮分析测试方法  27-34
    3.2.1 扫描电子显微镜(SEM)  28
    3.2.2 X射线衍射仪(XRD)  28-29
    3.2.3 摩擦磨损试验机  29-30
    3.2.4 金相显微镜  30-31
    3.2.5 显微硬度计  31
    3.2.6 辉光放电光谱仪  31-32
    3.2.7 色差仪  32-33
    3.2.8 电化学工作站  33-34
第4章氮势对奥氏体不锈钢离子渗氮性能影响  34-46
  4.1 实验过程  34-35
  4.2. 实验结果与分析  35-44
    4.2.1.XRD检测渗层内部晶体组织结构  35-36
    4.2.2 显微硬度  36-37
    4.2.3 金相检测  37-39
    4.2.4 摩擦磨损  39-40
    4.2.5 粗糙度测试  40
    4.2.6 色差分析  40-41
    4.2.7 SEM观察表面形貌  41-42
    4.2.8 电化学测试  42-44
  4.3 小结  44-46
第5章辅助阴极对离子渗氮性能的影响  46-52
  5.1 实验过程  46
  5.2 实验结果与分析  46-50
    5.2.1 显微硬度测试  47-48
    5.2.2 粗糙度测试  48-49
    5.2.3 金相及厚度  49-50
  5.3 小结  50-52
第6章碳含量对AISI304奥氏体不锈钢离子碳氮共渗性能的影响  52-61
  6.1 实验过程  52-54
    6.1.1 截面形貌测试  53
    6.1.2 内部晶体组织结构检测  53
    6.1.3 显微硬度测试  53
    6.1.4 渗层成分定量分析  53
    6.1.5 耐腐蚀性能测试  53-54
  6.2 实验结果分析  54-60
    6.2.1 渗层内部晶体组织结构  54-55
    6.2.2 金相检测  55-57
    6.2.3 渗层GDS成分测试  57-58
    6.2.4 渗层硬度测试  58
    6.2.5 渗层电化学测试  58-60
  6.3 小结  60-61
第7章 AISI304奥氏体不锈钢NT、NTC+NT和NTC表面硬化处理  61-67
  7.1 实验过程  61-62
  7.2 实验结果分析  62-66
    7.2.1 x射线衍射检测渗层内部晶体组织结构  62-63
    7.2.2 金相检测  63-64
    7.2.3 GDS分析渗层成分  64-65
    7.2.4 显微硬度  65-66
  7.3 小结  66-67
第8章结论和建议  67-70
  8.1 结论  67-69
    8.1.1 氮势对奥氏体不锈钢离子渗氮性能的影响  67
    8.1.2 辅助阴极对离子渗氮性能的影响  67-68
    8.1.3 碳含量对AISI304奥氏体不锈钢离子碳氮共渗性能的影响  68
    8.1.4 AISI304奥氏体不锈钢NT、NTC+NT和NTC表面硬化处理  68-69
  8.2 建议  69-70
    8.2.1 机理认识的缺乏  69
    8.2.2 离子渗氮均匀性问题  69
    8.2.3 粗糙度和色差改变问题  69-70
参考文献  70-76
致谢  76-77
硕士期间发表的论文  77

奥氏体不锈钢低温离子渗氮及碳氮共渗工艺研究

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