不锈钢双极板低温等离子氮化后的性能

为了减轻质子交换膜燃料电池(PEMFC)的质量,降低其生产成本,实现其商业化,以不锈钢取代传统的双极板材料石墨,对304不锈钢进行低温等离子氮化,研究了氮化后的不锈钢在模拟PEMFC环境中的电化学腐蚀行为以及在电池工作电位下的接触电阻。结果表明:在低温等离子渗氮过程中不锈钢表面生成了面心立方结构的氮过饱和固溶体(γN相)氮化层,一定程度上改善了不锈钢在模拟PEMFC环境中的耐均匀腐蚀能力;以PEMFC工位电位恒电位极化时,氮化后的不锈钢表面生成了稳定的钝化膜,通入O2更易于使氮化后的不锈钢钝化;氮化后的304不锈钢的表面接触电阻远低于基体,电化学性能和电性能接近于石墨双极板,基本能满足PEMFC双极板的使用要求。

低温等离子体氮化压力对304不锈钢摩擦性能的影响

采用低温等离子体氮化技术,对304奥氏体不锈钢进行表面氮化处理。运用XRD、SEM、金相技术和显微硬度计等分析手段对氮化层的物相组成及表面硬度进行分析及测量;利用球-盘摩擦实验在干摩擦条件下对氮化层的摩擦磨损性能进行测试并分析磨损机理。结果表明:304奥氏体不锈钢经低温等离子体氮化处理后,形成单一高氮面心立方相γN,显微硬度及耐磨损性能均明显提高,摩擦系数减小;氮化压力为10 Pa时,渗氮层具有最高的表面显微硬度850HV0.025及较好的耐摩擦磨损性能。

表面预处理对钛合金表面低温等离子体氮化的影响

为提高TC4钛合金表面摩擦学性能,探究酸洗及等离子体预处理对TC4钛合金表面低温等离子体氮化进程的影响。首先采用热丝增强等离子体氮化系统分别对表面酸洗及未酸洗TC4钛合金在氩气气氛下进行等离子体预处理,然后对各种表面预处理的TC4钛合金实施低温(500℃)等离子体氮化。采用扫描电子显微镜、能谱仪及X射线衍射仪分别分析了试样的截面形貌、氮势分布和物相组成;采用显微硬度计、摩擦磨损仪和轮廓仪测试氮化后TC4钛合金表面的显微硬度、磨痕曲线和摩擦系数,并计算了磨损量。结果表明:低温氮化后TC4钛合金基体组织形貌不变,表面获得厚度约10μm的氮化层。氮化后TC4钛合金的XRD衍射峰均向低角度偏移,表明形成含氮固溶体相。其中酸洗复合30 A等离子体预处理的TC4钛合金氮化后,XRD衍射峰向低角度偏移最明显,偏移量达0.2°。与基体相比,酸洗复合30 A等离子体预处理的TC4氮化表面显微硬度提高至691 HV,磨损量仅为基体的16%。酸洗复合等离子体预处理有效去除TC4钛合金表面氧化层、粗化表面,促进低温等离子体氮化进程,有利于含氮固溶体相形成,从而提高其表面摩擦学性能。

脉冲偏压对低温氮化不锈钢表面结构及摩擦学性能的影响

采用低温等离子体辅助氮化奥氏体不锈钢316L,能够在不破坏其抗腐蚀性能的同时有效提高不锈钢表面的摩擦学性能,研究了不同脉冲偏压下氮化层的结构和摩擦学性能(硬度、摩擦系数和耐磨性)。采用X射线衍射仪研究了脉冲偏压对氮化层相结构的影响;采用光学显微镜和扫描电镜分别观察了氮化层表面和横截面的形貌,并利用能量色散谱测量了氮化层中氮含量及其分布;基于纳米压痕和摩擦磨损结果,研究了脉冲偏压对氮化层摩擦学性能的影响。结果表明:低温氮化后,不锈钢表面形成一层无氮化物析出的单一过饱和固溶体相——扩展奥氏体γN,晶格常数随偏压的增加由0.359增至0.395nm。当脉冲偏压为-300 V时,氮化层厚度达9.45μm,表面硬度达21.0 GPa,摩擦系数降低至0.09,耐磨性能获得显著提高。

气体流量对氮化316L不锈钢微观结构及力学性能的影响

低温等离子体氮化技术能显著提高奥氏体不锈钢的机械性能,氮化过程中气压对强化效果的影响尤为显著。本文实验研究了氮气流量对低温等离子体氮化奥氏体不锈钢相组成、形貌、元素分布、硬度及耐磨性的影响。结果表明:低温等离子体氮化处理能够在不锈钢表面形成具有强化作用的氮化层,该氮化层由扩展奥氏体γN相和少量CrN和Fe4N组成。随着氮气流量增加,扩展奥氏体晶格常数从0.408 nm下降至0.398 nm,氮化物逐渐消失;氮化层厚度减小;同时硬度值与耐磨性降低。其中,氮气流量为100 mL/min的氮化试样磨损量最小,仅为基体的0.4%。

物理气相沉积Ti/TiN提高冷冲模具寿命研究

对Cr1 2MoV冷作模具钢表面进行了单一处理 (PVDTi/TiN)和双重处理 (低温等离子氮化 +PVDTi/TiN) ,通过显微硬度、划痕和磨损试验综合分析了这两种不同处理涂层的摩擦学性能。而且 ,对PVDTi/TiN涂覆的“控制臂翻边凸模”进行应用试验。研究结果和应用试验表明 :较单一处理 ,双重处理改善了涂层与基体界面的结合 ,显著提高了Cr1 2MoV钢的表面承载能力和耐磨性 ,PVDTi/TiN涂覆的“控制臂翻边凸模”寿命提高了 2倍多。