稀土渗氮工艺应用现状及发展趋势

通过比较气体渗氮、高温渗氮、盐浴软氮化、QPQ盐浴复合处理、离子渗氮、气体软氮化、高频渗氮和洁净渗氮等现有常规渗氮工艺的技术参数及优缺点,综述了常规渗氮方法的应用现状。在此基础之上,分析了稀土渗氮对渗氮层的深度影响及原理,指出了该技术的经济节能特性,并展望了稀土渗氮技术的发展趋势和应用前景。

研究人员揭示稀土渗氮催渗机制

安徽工业大学现代表界面工程研究中心教授张世宏团队通过第一性原理研究稀土元素对氮原子在体心立方铁表面吸附和扩散的影响,揭示了稀土渗氮的催渗机制。稀土在渗碳、渗氮、喷涂等表面处理技术中有着广泛的应用。稀土辅助渗氮被证明有助于促进扩渗速率,提高渗层厚度,改善渗层性能。然而,其相应的机制至今尚不清晰。

稀土渗氮对9Cr18Mo钢的QPQ盐浴复合处理性能的影响

用自制渗氮基盐为渗氮剂和硝酸钾为氧化剂,碳酸镧、碳酸钇和碳酸铈为稀土催渗剂组成QPQ稀土渗氮剂,在610℃对9Cr18Mo钢进行QPQ盐浴复合处理,从而提高9Cr18Mo钢的各项性能。采用SEM、EDS、XRD、显微硬度测试、电化学性能测试和耐磨试验等测试手段,研究了稀土对9Cr18Mo钢组织和性能的影响。结果表明,QPQ盐浴复合处理试样的表面主要由氧化层、渗氮层和扩散层组成,主要组成物相为Fe_(4)N、CrN、αN、Fe_(2-3)N、Li_(2)Fe_(3)O_(4)和Fe_(3)O_(4),在QPQ盐浴复合处理中添加稀土比未添加稀土的显微硬度能平均提升90 HV0.2,耐蚀性和耐磨性也有所提高。

稀土元素对2205双相不锈钢500℃离子渗氮动力学的影响

对2205双相不锈钢在NH3中500℃有无稀土等离子体渗氮动力学(8,16,24 h)进行了对比研究.含稀土(La)渗氮8 h时,有效硬化层(78.3μm)、化合物层(58.3μm)、扩散层(20.0μm)增厚率都是最高的,分别为33.8%,17.8%,122.2%.试样渗氮24 h后,表面硬度最高为1866.7 HV_(0.025),渗氮层最高硬度为1782 HV_(0.025),是芯部硬度(365 HV_(0.025))的4.9倍.稀土等离子体渗氮后,γ′-Fe_(4)N衍射峰变高,峰值变强,稀土的加入减少了ε-Fe_(2-3)N相的析出.相较于无稀土等离子体渗氮,加入稀土后的扩散系数K提高了22.8%,达到了1.51×10^(-13) m^(2)·s^(-1).

合金钢稀土渗氮层的硬度增强机理

为研究合金钢稀土渗氮层硬度增强机理,采用扫描电镜、透射电镜和显微硬度计等测试方法,对3种常用合金钢的常规渗氮和稀土渗氮的显微组织和渗层硬度进行分析。结果表明:稀土原子的渗入导致钢表层晶粒缺陷密度增加,在缺陷处生成气团,使晶粒内氮原子偏聚区增多,晶粒亚结构细化,导致硬度提高;同时稀土原子沿晶界渗入和扩散,会诱导晶界迁移,使晶界表面突壁和扭折密度发生变化,可以使常规渗氮中容易析出的网状ε氮化物减少,降低了沿晶界断裂的可能性,强化了晶界。这些作用的叠加,提高了渗氮层的硬度和材料的力学性能。

内燃机活塞环调质稀土离子渗氮处理的摩擦磨损性能

通过改善活塞环的磨损、腐蚀抗力来提高其使用寿命.利用相应的仪器和设备,对经调质处理后的活塞环进行了表面稀土离子渗氮处理和金相观察,并将调质后稀土离子渗氮处理的活塞环与表面未经任何处理的活塞环制出3组试样,对不同的载荷及不同时间内的磨损情况进行了对比试验研究.结果表明,采用调质后稀土离子渗氮活塞环的抗磨损性能和腐蚀抗力优于原始环.通过装机试验,经调质后稀土离子渗氮的活塞环耐磨性能明显高于其他措施处理的活塞环.

活塞环调质稀土离子渗氮处理耐磨性能试验

为改善活塞环磨损性能,在分析活塞环的基体组织、径向弹力及活塞环与气缸套的匹配状况对其耐磨性影响的基础上,对活塞环调质后表面进行稀土离子渗氮处理进行了试验研究,结果表明,活塞环的失效形式与基体组织有密切的关系,经调质处理获得的回火索氏体组织具有良好的综合力学性能和耐磨性;活塞环的径向弹力控制在235～285 N为宜;在满足活塞环足够耐磨性的同时,还应考虑与气缸套硬度的合理匹配;台架试验结果表明,经稀土离子渗氮后的活塞环与渗氮气缸套匹配的耐磨性能明显高于其他处理措施。

稀土共渗技术在化学热处理中的应用

本文介绍了稀土在渗碳和渗氮中的作用,列举了一些成功的的应用实例。特别提出了用市场化运作推广稀土共渗技术。

提高柴油机活塞环耐磨性能的试验研究

为提高内燃机活塞环的耐磨性能，分析了活塞环的基体组织、径向弹力及活塞环与气缸套的匹配状况对其耐磨性的影响。试验表明活塞环的基体组织以细粒状珠光体或回火索氏体、石墨呈细小均匀分布为佳；活塞环的径向弹力大小应适宜，一般为235～285N。改进了活塞环传统的生产工艺，将活塞环进行调质（850℃淬火＋560℃×3h回火）后再进行稀土离子表面渗氮处理。磨损试验和台架试验表明，该新工艺可显著提高活塞环的耐磨性能，大幅度延长其使用寿命。

提高柴油机活塞环耐磨性能的试验

分析了活塞环的基体组织、径向弹力及活塞环与气缸套的匹配状况对其耐磨性的影响。通过对活塞环调质后表面进行稀土离子渗氮处理,可显著提高活塞环的耐磨性能,大幅度延长其使用寿命。

改善内燃机活塞环减摩耐磨性能的研究

分析了活塞环基体组织、径向弹力及与汽缸套匹配状况对其减摩耐磨性的影响。结果表明:基体组织以回火索氏体、石墨呈细小均匀分布为佳;活塞环的径向弹力以250～300 N为宜。改进后的活塞环处理工艺为调质(920℃淬火+560℃×3 h回火)后再进行稀土离子表面渗氮处理,该工艺可显著改善活塞环的减摩耐磨性能,大幅度延长其使用寿命。

17-4PH沉淀硬化不锈钢表面强化技术

本文综述了当前17-4PH表面强化技术的研究进展,着重分析了稀土等离子渗氮技术、激光熔覆技术以及激光合金化技术的优势及面临的问题。等离子渗氮过程中加入一定量稀土之后,能通过加快界面反应、吸附扩散反应的进行,渗氮效率提升,且能改善基体表面的硬度以其耐磨性,激光表面强化技术已在各方面展现出其应用优势,但其强化材料基本仍为喷涂材料,其熔点、凝固温度、硬度与韧性均不适合于激光表面强化技术。稀土对渗氮的作用机理以及激光表层强化材料将是今后研究的重点。