用于奥氏体不锈钢AISI304上的生物医学纳米涂层Al_2O_3的耐腐蚀性(英文)

奥氏体不锈钢、钴-铬合金、钛及其合金经常被用作医用植入材料。在这些金属材料中,奥氏体不锈钢是最常用的材料。然而,它在侵蚀性生物效应的长期作用下容易受到局部侵蚀。为了改进奥氏体不锈钢的抗磨损和耐腐蚀的效应,已经研究了几种不同的表面改性技术[1,2].本文的研究是采用具有耐腐蚀性的生物医学纳米涂层Al2O3涂复在奥氏体不锈钢AISI304的表面上,工艺中是采用溶胶-凝胶方法和浸入技术,并使用电化学极化进行测量.

原位充氢-拉伸载荷作用下304不锈钢氢脆行为及显微组织表征

搭建了原位电化学充氢—慢应变速率拉伸载荷平台,模拟真实临氢环境—载荷环境,研究了原位充氢对304奥氏体不锈钢氢脆敏感性的影响。结果表明:相比传统预充氢拉伸实验,304奥氏体不锈钢经原位电化学充氢拉伸后呈现较低的强度和更高的氢脆敏感性,未发生明显马氏体相变;试样在变形早期即发生严重氢致断裂,对实际临氢环境服役条件下不锈钢氢脆行为研究和应用具有参考价值。

AISI304不锈钢在冷加工过程中的微观组织变化

在不同温度下对AISI30 4不锈钢进行不同方式、不同程度冷加工 ,用铁素体测量仪测定马氏体相变量 ,研究了冷加工与马氏体相变的关系 ;将AISI30 4不锈钢在低温 (液氮 ,- 70℃ )条件下进行不同程度拉伸 ,采用透射电镜观测位错分布 ,研究了冷加工与位错密度的关系。结果表明 :冷加工在一定条件下可以产生形变诱发马氏体 ,其含量随冷加工变形量的增大而增加 ;同时 ,冷加工导致AISI30 4不锈钢中金属晶粒拉长 ,其位错密度随冷加工变形量的增加而增大。

AISI304奥氏体不锈钢阳极渗氮层的组织与摩擦磨损性能

为避免传统直流离子渗氮存在的表面打弧和边缘效应等弊端,采用活性屏阳极渗氮法对AISI 304奥氏体不锈钢进行表面处理。将样品放置于阳极电位,在440~520℃范围内,渗氮处理8 h。分析了渗氮层的微观组织结构与形貌,并考察了渗氮前后的摩擦磨损性能。结果表明:在低温440℃下,在表面制备了高硬度的S相强化层。XRD与TEM表明S相为面心立方结构,且无Cr N相析出。高温520℃渗氮表面硬度值(1100 HV0.1)是基体的5倍,但Cr N相明显析出。在干摩擦条件下,渗氮处理后的摩擦系数在0.8左右,相对渗氮前降低约0.2,特别是磨损率只有渗氮前的十分之一量级。磨损机制从原始基体的严重粘着转变为轻微的氧化和磨粒磨损。

塑性变形对AISI304不锈钢组织及耐蚀性的影响

AISI30 4不锈钢分别在加热 180℃和低温 - 70℃条件下进行拉伸变形。采用透射电镜观测位错分布 ,利用铁素体测量仪测定马氏体相 (铁磁相 )含量 ,并通过电化学滞后技术分别研究它们在 5 0℃条件下 0 5mol·L-1MgCl2 水溶液中的腐蚀行为 .结果表明 :加热 180℃和低温 - 70℃条件下塑性变形均使AISI30 4不锈钢中位错密度随变形量增大而增加 ,AISI30 4不锈钢在 - 70℃条件下塑性变形时部分奥氏体相转变为马氏体相 ,而在180℃条件下塑性变形时不发生马氏体相变 ;位错密度的增加使AISI30 4不锈钢钝化膜的击穿电位略微正移 ,而马氏体相的增加使击穿电位呈负移趋势 ,材料耐孔蚀性能降低 .

AISI304不锈钢熔化过程中夹杂物在固-液糊状区漂移与聚集行为的原位观察术

利用Confocal激光扫描显微镜原位观察了AISI304不锈钢熔化过程中夹杂物在固-液(S-L)糊状区内的漂移与聚集行为．结果显示,夹杂(SiO2-Al2O3-CaO-MgO复合氧化物)在未熔高温铁素体(δ)相间的液相通道中漂移,未熔δ相体积分数为70％时,夹杂的平均漂移速率为80μm／s;近完全熔化时,远离S-L界面的夹杂漂移速率高达1500μm／s,而 S-L界面附近的夹杂速率在50-200μm／s之间;随着熔化的进行,未熔δ相表面逐渐凹凸不平,出现“类亚晶界”．δ相对其附近漂移的夹杂表现出较强的吸附作用;夹杂多在δ-L界面处聚集、自球化; δ相吸附提供了夹杂去除的潜在途径．分析了夹杂运动的动力学机制．

高温环境下模拟CO_(2)驱采出液中304不锈钢的腐蚀行为

现阶段随着CO_(2)驱油技术的普遍使用,采出液中CO_(2)的含量不断上升,使得采出系统中金属管道的腐蚀程度逐渐增大。为了掌握304不锈钢在高温环境下CO_(2)驱采出液中的腐蚀行为,室内配制了模拟CO_(2)驱采出液,测试了304不锈钢在高温环境下不同含量CO_(2)、不同腐蚀时间下的金属腐蚀速率,并对不同腐蚀时间下金属表面的微观形貌和腐蚀产物组成进行了表征。结果表明,随着CO_(2)含量和腐蚀时间的不断上升,金属的腐蚀速率上升;随着腐蚀时间的上升,金属表面的腐蚀产物逐渐增加,发生了局部区域析氢腐蚀过程;腐蚀产物膜主要由Fe_(2)O_(3)、Cr_(2)O_(3)和FeCO_(3)组成。

AISI 304不锈钢表面Fe_3Si型硅化物渗层的制备及渗硅机理

以n(NaCl):n(KCl):n(NaF)=2:2:1碱金属卤化物混合体系做载体,采用不同摩尔比的Na2SiF6和Si粉作渗硅剂,在800℃下利用熔融盐法分别对AISI 304不锈钢进行渗硅处理。采用X射线衍射仪(XRD)分析渗硅层的物相组成,用附带能量色散谱仪(EDS)附件的扫描电子显微镜(SEM)研究渗层截面的形貌和成分,分析熔盐法渗硅层的形成机理。结果表明:融盐中SiF62-的浓度决定渗层中Si元素的含量,由于SiO2在融盐体系中的溶解,融盐中SiF62-得到补充,渗层中Si元素的含量进一步提高。

表面机械研磨诱导AISI 304不锈钢表层纳米化 Ⅰ.组织与性能

采用表面机械研磨处理(SMAT)在AISI 304不锈钢上制备出纳米结构表层,研究纳米化行为及其对硬度的影响。结果表明:经过SMAT后,样品表面形成了厚度约为30μm的纳米晶层,显微组织由平均晶粒尺寸约为10nm的单一马氏体相演变为尺寸稍大的双相组织;在距表面30—300μm的范围内,显微组织由以亚微米级的奥氏体多系孪晶为主逐渐演变为单系孪晶,表面纳米化是晶粒碎化与纳米尺度新相形成共同作用的结果,与心部相比,表面硬度显著提高。

AISI304不锈钢表面Fe_3Si型硅化物渗层制备及其力学性能

采用NaCl∶KCl∶NaF=2∶2∶1(摩尔比)的中性熔融盐作为载体,Na2SiF6∶Si=8∶2粉末作为渗硅剂,以SiO2为助渗剂,800℃下渗硅5h可实现在AISI 304不锈钢表面形成厚约600μm的富含Cr、Ni合金元素的Fe3Si型硅化物渗层。采用万能材料试验机进行了轴向拉伸试验,并对应力-应变曲线进行了分析。结果表明,硅化物渗层为脆性断裂,基体部分为塑性断裂;AISI 304不锈钢渗硅后的名义屈服应力有明显提高。

离子能流密度对AISI304不锈钢氮化层摩擦性能的影响

采用低温等离子体氮化技术,对AISI304不锈钢进行表面氮化处理。考察了离子能流密度对不锈钢氮化层性能的影响。运用X射线衍射、扫描电镜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。结果表明:AISI304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。在氮化处理过程中,离子能流密度受工作压力及基片负偏压影响较大。离子能流密度变化能显著影响不锈钢氮化层的摩擦性能,随着离子能流密度的增加,氮化层显微硬度增大,摩擦系数减小,耐磨损性能上升。

AISI304不锈钢管穿孔针挤压动态再结晶规律(英文)

在AISI304不锈钢管穿孔针挤压成形过程中,揭示挤压坯料的动态再结晶规律,是实现动态再结晶行为的有效控制,从而获得具有细晶及合格微观组织的管材的基础和关键。基于DEFORM-2D软件平台,以d29mm×4.5mmAISI304不锈钢管的穿孔针挤压过程为研究对象,首先建立了该过程适用、可靠的多尺度有限元分析模型;通过大量的数值模拟分析,阐明了关键挤压成形参数(即坯料初始温度和挤压速度)对挤压坯料的动态再结晶体积分数、平均晶粒尺寸及其分布的影响规律,所得结论为根据挤压管材的微观组织对AISI304不锈钢管穿孔针挤压成形过程进行优化设计与稳健控制提供了重要理论依据和指南。

MoO_4^(2-)抑制AISI304不锈钢局部腐蚀的机理

采用X射线光电子能谱（XPS）研究了AISI304不锈钢在含（MoO42-+Cl-）的模拟闭塞电池中形成钝化膜的组成与结构及MoO42-抑制局部腐蚀的机理.结果表明:在闭塞区内AISI304不锈钢表面钝化膜的外层主要有MoO42-、CrO3、CrCl3、CrOOH、Fe2O3、γ-FeOOH、Fe（OH）3、CrO42-、Cr（OH）3、NiCl2、FeCl2和FeCl3、溅射5min时膜内层主要有 MOCl3、CrO2、FeCl2、FeCl3以及少量的FeO.MoO42-对钝化膜的影响在于:MoO42-迁入闭塞区后吸附在金属表面上,可取代或部分取代吸附在钢表面的Cl-,并与Fe2+在蚀孔内反应生成不容性的FeMoO4而沉积到蚀孔壁上,有助于蚀孔的再钝化,从而抑制腐蚀的进一步扩展;MoO42-的吸附能使水合氧化亚铁沉淀膜由阴离子选择性变为阳离子选择性,使H+可以从膜下扩散出去,而Cl-难以扩散到膜下富集,从而使MoO42-具有缓蚀作用。

表面机械研磨诱导AISI 304不锈钢表层纳米化 Ⅱ.晶粒细化机理

采用表面机械研磨处理(SMAT)在AISI 304不锈钢上制备出纳米结构表层,用透射电镜(TEM)研究组织演变过程,晶粒细化机理可归纳如下:位错在{111}面上滑移并相互交割形成网格结构;单系孪晶形成并逐渐过渡到多系孪晶;多系孪晶相互交割使晶粒尺寸不断减小,并在孪晶交叉处形成了马氏体相;孪晶系增多与孪晶重复交割强度加大使得细化晶粒的尺寸进一步减小;最终在大应变量、高应变速率和多方向重复载荷的作用下,形成等轴状、取向呈随机分布的马氏体相纳米晶组织。

冷轧AISI 304不锈钢微观组织及力学性能的变化

采用金相显微镜、铁素体测量仪、硬度计及力学分析等手段,研究了AISI 304不锈钢的微观组织和力学性能在冷轧过程中的演变规律.试验结果表明:冷轧变形可使AISI 304不锈钢产生形变诱发马氏体相变,试样中金属晶粒沿着轧制方向被拉扁拉长;在冷轧压下量较小时,仅有少量的奥氏体相转变为马氏体相,并且马氏体组织以板条状出现;冷轧压下量较大时,金属晶粒逐渐被拉长为纤维状;随着冷轧压下量的增大,马氏体体积分数、硬度和抗拉强度均随之增大,但延伸率逐步下降.

AISI304不锈钢表面硅化物渗层的制备与抗氧化性能

采用ω(NaCl)∶ω(KCl)∶ω(NaF)=2∶2∶1(摩尔比,下同)的中性熔融盐作为载体,ω(Na2SiF6)∶ω(Si)=8∶2粉末做为渗硅剂,800℃下渗硅10 h可实现在AISI 304不锈钢表面形成厚度约500μm的富含Cr、Ni合金元素的Fe3Si型硅化物渗层。采用X射线衍射仪(XRD)分析了渗硅层的物相组成,用附带能量色散谱仪(EDS)附件的扫描电子显微镜(SEM)研究了渗层截面的形貌和成分。结果表明,渗层以Fe3Si相为主,Cr在渗层中含量低于其在304不锈钢基体中含量,而Fe和Ni在基体和渗层中的含量大致相当。Fe3Si型硅化物渗层在800℃和900℃下的氧化动力学均遵从二次抛物线规律。AISI 304不锈钢渗硅层在800℃下的抗氧化性能略优于不锈钢基体,而在900℃下AISI 304不锈钢发生灾难性破坏,硅化物渗层表现出比其在800℃下更为好的抗氧化性能。900℃下Cr和Si元素发生上坡扩散最终在渗硅层表面形成富含SiO2和Cr3O4的复合氧化膜是其优异抗氧化性能的原因。

AISI304不锈钢表面渗Cu层对其摩擦学行为的影响

利用等离子表面合金化技术,在304不锈钢表面制备渗Cu改性层。借助球-盘磨损试验机对改性层常规大气环境下与不同偶件(GCr15球,Al2O3球)对摩时的摩擦学性能进行了测试。结果表明:不锈钢表面渗Cu改性层均匀致密、与基体结合良好,厚度大约26μm,主要由纯Cu和膨胀的奥氏体等相组成。渗Cu改性层的摩擦学性能与摩擦偶件相关。渗Cu不锈钢与GCr15球对摩时Cu改性层阻止了不锈钢与配副直接接触,并在摩擦过程中起到固体润滑作用,明显改善了不锈钢的摩擦学性能;渗Cu不锈钢与Al2O3球对摩时,由于陶瓷球的稳定化学性能及Cu改性层相对较低的剪切强度,导致摩擦过程中磨粒磨损加剧。

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 304不锈钢的车削加工

针对AISI 304奥氏体不锈钢的特点,分析了AISI 304不锈钢材料的物理性能和切削加工性能,从刀具材料、切削用量和冷却液的选择等方面研究了AISI 304不锈钢车削加工的影响因素,通过合理选择和优化相关参数等方法有效解决了AISI 304不锈钢的加工难题,获得了较好的车削加工效果,提高了生产效率。

几种阴离子对AISI 304不锈钢孔蚀的影响

通过测量AISI30 4不锈钢 / 0 5mol/LNaCl体系在添加不同种类、不同浓度的所选阴离子 (MoO2 -4、WO2 -4、C12 H2 5SO-4和C12 H2 5C6H4SO-3 )溶液中 (pH =7,T =5 0℃ )的动电位扫描极化曲线 ,揭示了这几种阴离子对 30 4不锈钢在含Cl-体系中对孔蚀诱发及扩展的抑制作用和缓蚀效果 .结果表明 :几种阴离子对不锈钢孔蚀均有一定的抑制作用 ,抑制效果由大到小的顺序为 :WO2 -4>MoO2 -4>C12 H2 5SO-4>C12 H2 5C6H4SO-3 .