等离子体源渗氮AISI 304不锈钢在3.5%NaCl溶液中钝化膜的稳定性

采用等离子体源渗氮技术对AISI 304奥氏体不锈钢进行表面渗氮处理.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电子探针显微分析(EPMA)技术,并结合电化学交流阻抗(EIS)测试技术和Zsimp Win软件拟合技术研究改性前后AISI 304奥氏体不锈钢的表面组成结构及在3.5%NaCl溶液中钝化膜的稳定性.研究结果表明,等离子体源渗氮AISI 304奥氏体不锈钢表面形成了氮浓度峰值为23.0%、厚度约为17μm的相改性层.改性前后AISI 304不锈钢在3.5%NaCl溶液中浸泡不同时间形成的钝化膜电极过程的等效电路为R(QR);浸泡时间为10 h时,与AISI 304不锈钢相比,γN改性层的钝化膜电阻R_p从3.615×10~4Ω·cm^2增加至3.765×105Ω·cm^2,增大了1个数量级,具有更好的耐点蚀性能.随着浸泡时间增加至48 h,γN相改性层的钝化膜电阻始终高于AISI 304不锈钢1个数量级,保持在105Ω量级,具有良好的稳定性.

AISI 316奥氏体不锈钢等离子体源渗氮及其耐磨抗蚀性能

目前,对AISI 316奥氏体不锈钢单一面心结构γΝ相改性层耐磨抗蚀性能的报道差异较大,有些甚至相互矛盾。采用等离子体源渗氮技术,于450℃,6 h改性AISI 316奥氏体不锈钢,获得了厚度约为17μm、峰值氮浓度20%(原子分数)、最大显微硬度1 510 HV0.1 N、单一面心结构的γΝ相改性层。分别采用WTM-2E球盘式磨损仪和PARSTAT2273电化学工作站,研究了干摩擦条件下γN相/Si_3N_4陶瓷球的摩擦磨损行为和在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为,揭示了γN相改性层的耐磨抗蚀机理。结果表明:γΝ相改性层的磨损机制由原不锈钢的黏着磨损转变为氧化磨损,摩擦系数由0.88降低至0.65,磨损体积由0.13 mm^3降低到9.50×10-3mm^3,耐磨性能显著提高;γΝ相改性层阳极极化曲线未发生点蚀击穿过程,容抗弧直径增大,相位角平台变宽;采用等效电路Rs-(Rct//CPE)拟合的电荷转移电阻Rct由原不锈钢的1.006×105Ω·cm^2增至1.377×106Ω·cm^2,计算的双电层电容Cdl由88.4m F/cm^2降低至77.8 m F/cm^2,抗蚀性能明显得到了改善。

等离子体源渗氮奥氏体不锈钢的摩擦磨损行为

采用等离子体源渗氮技术对AISI 316奥氏体不锈钢进行450℃×6h改性处理,通过干摩擦磨损试验对比研究了该不锈钢基体和表面改性层在不同载荷下与Si_3N_4陶瓷球摩擦副对磨时的摩擦磨损行为,观察了磨损形貌,并对其磨损机制进行了分析。结果表明:等离子体源渗氮后,试验钢表面形成了厚度约17μm的单一面心立方结构的高氮γ_N相改性层,改性层中氮元素的原子分数为15%~20%,最大显微硬度约1 510HV0.01;与基体相比,在相同载荷下γN相改性层具有相当或更低的摩擦因数,且比磨损率均降低一个数量级以上,耐磨性能显著提高;基体的磨损机制主要为黏着磨损,而γN相改性层在较低载荷(2~4N)下的磨损机制主要为氧化磨损,在较高载荷(6~8N)下的主要为磨粒磨损。

γ_Ν相在3.5%NaCl溶液中钝化膜的半导体性能

采用等离子体源渗氮技术在AISI 304L奥氏体不锈钢表面制备高氮面心结构的γΝ相层。运用电化学的方法测试了γΝ相层在3.5%(质量分数) NaCl溶液中的阳极极化曲线和Mott-Schottky曲线,并借助点缺陷模型(PDM)计算了γΝ相层钝化膜的施主浓度、受主浓度、平带电位和氧空位扩散系数。结果表明:γΝ相层钝化膜的阳极极化曲线呈现活化溶解-自钝化-过钝化溶解过程,自腐蚀电位Ecorr较原始不锈钢提高了323 mV (SCE),维钝电流密度Ip降低一个数量级,耐蚀性能明显提高。γΝ相层钝化膜具有双层结构,在负于平带电位区间内钝化膜呈p型半导体性质,在高于平带电位区间内钝化膜呈n型半导体性质,且相比原始不锈钢,γΝ相层钝化膜内施主浓度和受主浓度更低,平带电位负移。根据PDM模型计算出原始不锈钢和γΝ相层钝化膜内氧空位扩散系数分别为1.22×10-16和7.96×10-17cm2/s,说明γΝ相层钝化膜绝缘性和致密性更好。