钛合金表面等离子体电解氮碳共渗层的特征与耐蚀性

利用等离子体电解渗技术,在TC4钛合金表面制备了等离子体电解氮碳共渗(PEN/C)层。用X射线和扫描电镜分析了渗层的成分和结构特征;用动电位极化曲线和电化学阻抗谱分析PEN/C渗层在3.5%的NaCl溶液中的电化学腐蚀行为和耐蚀性。结果表明在钛合金表面形成的PEN/C渗层为多孔状Ti(C,N),它提高了基体的腐蚀电位,增大了电荷转移电阻,减小了腐蚀电流密度。PEN/C渗层提高了钛合金基体的耐蚀性。

钛合金表面等离子体电解氮碳共渗的研究

在含有硝酸铵、甘油、乙醇的水溶液中,利用等离子体电解渗入技术在Ti6Al4V钛合金表面制备了氮碳共渗层。利用SEM、XRD、GDS以及显微硬度计分析了渗层的形貌、成分、组织和显微硬度,探讨了渗层形成的机理和过程。结果表明:(1)以300V的电压经45min处理制备的渗层总厚度约为100μm,其中化合物层约为20μm,主要由Ti(C,N)相组成;(2)渗层最高显微硬度超过2000HK0.025。等离子体电解渗入技术可以较快地在钛合金表面制备出厚度大、硬度高的氮碳共渗层。

活塞环表面液相等离子体电解碳硼共渗研究

活塞环表面强化可减少活塞环缸套摩擦磨损,提高机械效率,是商用车低碳化战略实现的重要途径与保障。为提升活塞环性能,尝试采用液相等离子体电解碳硼共渗(PEC/B)的技术方案,进行了活塞环表面改性的研究,系统探究了操作参数对工件表面形貌、硬度、相组成、截面形貌、元素分布和摩擦学性能的影响规律。研究结果表明,改性层主要由渗硼层和渗碳过渡层组成,渗硼层主要组成相为Fe 2B,渗碳过渡层的主要组成相为Fe 3C,渗碳处理可有效提升渗硼效率。改性层厚度最大可达15μm以上,渗硼层硬度最大可达1460HV。经碳硼共渗处理后,工件的摩擦因数、磨损率约为未处理工件的11%、7%,摩擦学性能显著提升。液相等离子体电解碳硼共渗为活塞环性能的提升提供了切实可行的技术途径。

TC4钛合金表面等离子体电解氮碳共渗层的特征与耐磨性

利用等离子体电解渗技术,在TC4钛合金表面制备了等离子体电解氮碳共渗（PEN/C）层。试验结果表明：在钛合金表面形成的PEN/C渗层为多孔的Ti（C,N）,硬度达到2200 HK0.025。以GCr15钢球为摩擦配副时,渗层几乎没有磨损,而GCr15钢球磨损后的磨屑附着在渗层表面导致渗层磨损质量损失为负值;以ZrO2球为摩擦配副时,摩擦系数减小至0.1－0.15,磨损质量损失仅为钛合金基体的1/5－1/4。钛合金表面PEN/C渗层具有优异的减摩耐磨作用,提高了钛合金的耐磨性能。

低碳钢液相等离子体电解B+C+N共渗层的摩擦电化学行为

目的研究液相等离子电解硼碳氮三元共渗处理(PEB/C/N)对Q235低碳钢摩擦电化学行为的影响。方法采用PEB/C/N方法在Q235低碳钢表面制备共渗层,通过电化学的开路电位测试和摩擦磨损实验评估Q235钢基体和PEB/C/N试样在NaCl(质量分数3.5%)腐蚀介质中与Si_(3)N_(4)球对磨的摩擦电化学行为。结果在电压为280 V的PEB/C/N共渗中,试样周围等离子体区的电子温度稳定在3500 K左右。经过PEB/C/N处理30 min后,生成的共渗层包括15μm主要由Fe_(2)B相组成的表面渗层和40μm的过渡层。在摩擦过程中,PEB/C/N试样的开路电位保持在-200~-300 m V之间,且波动较小,明显高于Q235钢基体。同时,PEB/C/N试样的磨损率为3.88×10^(4)μm^(3)/(N·m),只是钢基体磨损率的1/3。在NaCl腐蚀介质中,由于腐蚀和磨损的交互作用,使Q235钢基体产生了塑性应变位错和局部的微裂纹,因此磨损进一步增加,磨损机制主要为疲劳磨损和磨粒磨损。PEB/C/N试样的共渗层有效阻挡了Cl(-)对基体的腐蚀,磨损机制主要为磨粒磨损。结论PEB/C/N试样在NaCl腐蚀介质中的耐腐蚀和耐磨性能得到明显提升。

离子氮碳氧三元共渗对45钢耐蚀耐磨性能的影响与机理研究

研究选择45钢为原材料,分别采用绿色环保离子氮碳氧三元共渗技术(Plasma oxynitrocarburising,PNCO)和传统淬火-抛光-淬火技术(Quench-polish-quench,QPQ)进行表面改性,并利用SEM,XRD,摩擦磨损试验机,浸泡腐蚀实验对比分析2种方法的改性效果,包括截面显微组织、表面形貌、物相、耐磨性和耐蚀性。结果表明,PNCO处理后,获得了与QPQ处理相同的多层次渗层结构,由表层1~2μm氧化膜及次表层化合物层和有效硬化层构成,且PNCO处理后表面氧化膜成纳米结构,化合物层比QPQ更加致密。同时,PNCO处理后,磨损率和腐蚀失重率分别为1.39 mg/(N·m)和0.39%,耐磨耐蚀性均略优于QPQ,为研究绿色高效高性能表面改性技术提供了可行的研究方向。

槽电压对纯铁表面液相等离子体电解硼碳氮三元共渗层摩擦磨损性能的影响

利用液相等离子体电解渗技术分别在340,360V和380V槽电压下对纯铁进行硼碳氮三元共渗(PEB/C/N)表面处理。分析纯铁表面PEB/C/N共渗层的形貌、成分、相组成和显微硬度分布。采用球-盘摩擦磨损仪评估槽电压对渗层摩擦磨损性能的影响,并分析渗层与ZrO_2球对磨时磨损机理。纯铁表面的PEB/C/N三元共渗层厚度随着放电电压升高而增大,最高硬度也相应增加。380V处理1h后硼碳氮三元共渗层中渗硼层和过渡层厚度分别达到26μm和34μm,渗层最高硬度可以达到2318HV。硼碳氮三元共渗层的磨损率仅为纯铁基体的1/10。硼碳氮共渗处理大幅度降低纯铁的摩擦因数和磨损率,但不同槽电压下制备的PEB/C/N共渗层的摩擦因数和磨损率变化较小。

液相等离子体电解碳氮共渗层形成条件的初步探索

采用甲酰胺-乙醇胺电解液体系,对Q235钢进行等离子体电解碳氮共渗处理,通过对处理的试样进行XRD分析,确定了碳氮共渗层形成的临界条件,分析了各种工艺参数下处理试样的相组成变化,给出了渗透层的形貌,测量了渗透层的显微硬度。试验结果表明:在特定的电解液体系下,不同的工作电压,所获得渗透层的相组成不同;渗透层的相组成包括:α-Fe、Fe3C、Fe5C2、ε-Fe2-3N、γ-Fe;在170V工作电压下,处理0.5min即可获得50μm的渗透层,渗透层的显微硬度最大可达720HV0.1。

液相等离子体电解渗碳、渗氮及其碳氮共渗技术

液相等离子体电解渗透、渗氮及其碳氮共渗技术是一种新兴的表面技术,与传统的离子渗碳、渗氮及其碳氮共渗技术相比有工件处理时间短、整体工件受热轻微、处理完成可以即时淬火等优点。分析了液相等离子体渗碳、渗氮和碳氮共渗技术的实验机理,从电解液体系、试验装置和工艺流程3个方面介绍了该技术的工艺特点。通过SEM照片讨论了液相等离子体电解渗透层的结构。测试了液相等离子体电解渗透层的性能。结果表明,经过渗透处理的试样具有好的耐磨性、耐蚀性,最大硬度为770HV。

40Cr钢液相等离子体电解氮碳共渗层的组织与性能

在NaCl溶液和甲酰胺组成的电解液中,应用液相等离子体电解氮碳共渗技术对调质态40Cr钢进行处理,表面得到氮碳共渗层,研究了其组织与性能。结果表明,经液相等离子体电解氮碳共渗处理后,试样表面为多孔形貌,处理10 min后渗层厚度可达38μm,渗层由两层白亮层和过渡层组成。XRD分析表明外白亮层由ε-Fe2-3N、Fe5C2、Fe3C和α-Fe(N)马氏体组成,SAED分析证明内白亮层为α-Fe(N)马氏体。渗层的显微硬度最高可达650 HV0.05,经氮碳共渗处理后试样的腐蚀速率远小于40Cr钢基体的腐蚀速率。

电压对低碳钢表面液相等离子体电解碳氮共渗层的摩擦学性能影响

为了提高低碳钢的耐磨性,成功地采用等离子体电解碳氮共渗技术在不同电压下对低碳钢进行表面处理。使用往复式摩擦磨损测试仪分析改性表面的摩擦磨损性能;扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)和能谱仪(energy dispersive spectroscopy, EDS)分析渗透层的表面、截面形态和组成;使用3D共聚焦显微镜分析渗透层的磨痕;使用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)研究渗透层的相组成。结果表明,共渗层的厚度和显微硬度均随着施加电压的增加呈现先升高后降低的趋势,在电压为350 V时,共渗层厚度最厚,硬度最大,分别为130.24μm和846.7 HV,此时共渗层的摩擦系数最小,约为0.65,磨痕轮廓深度仅为14.79μm。液相等离子体电解渗技术在共渗层形成的铁碳化合物和铁氮化合物是其耐磨的主要原因。

Q235低碳钢等离子体电解硼碳共渗处理及性能分析

采用液相等离子体电解渗方法对Q235低碳钢进行硼碳共渗(PEB/C)处理,研究了Q235低碳钢表面硼碳共渗层的形貌、结构和显微硬度。评估了PEB/C处理前后Q235钢的电化学腐蚀性能,以及以GCr15钢球作为摩擦副在不同载荷条件下PEB/C渗层的摩擦磨损特性。结果表明,经过PEB/C处理后(330V/30min),形成厚度约为20μm并主要由Fe2B相组成的渗硼层。PEB/C处理轻微提高了Q235钢的耐腐蚀性能,但明显降低了Q235低碳钢与GCr15钢球对磨的摩擦因数和磨损率。当载荷为5N时,PEB/C样品的摩擦因数和磨损率分别是Q235钢基体的1/4和1/59。

Q235低碳钢液相等离子体电解硼碳共渗层摩擦磨损性能

采用液相等离子体电解渗入技术在30%硼砂电解液中在Q235低碳钢表面进行硼碳共渗(PEB/C)快速硬化处理,研究与ZrO2、Si3N4组成两种摩擦副及5 N、10 N、15 N 3种载荷条件下PEB/C渗层的摩擦磨损特性。结果表明,PEB/C处理可以明显降低Q235钢基体在干摩擦条件下摩擦系数和磨损率。当与ZrO2球对摩,载荷为5 N时,PEB/C渗层的摩擦系数只有0.15,磨损率减少为9.10"10-7mm3/N#m,摩擦系数和磨损率分别是Q235钢基体的1/4和1/19。载荷增加时,PEB/C渗层的磨损率也随之增加,但它与Si3N4对摩的磨损率要比ZrO2对摩高。在不同载荷下,PEB/C渗层与ZrO2和Si3N4对摩的磨损机制主要为粘着磨损。PEB/C渗层耐磨性较高的原因是Q235低碳钢表面形成了硬度高达1800 HV的Fe2B渗硼层。

45钢表面液相等离子体碳氮共渗

研究45钢在乙醇胺电解液中实现以渗碳为主的碳氮共渗,获得以高碳马氏体和含氮马氏体为主的表面改性层,使其硬度达到480HV,为基体的1.5倍.结果表明:45钢进行液相等离子体碳氮共渗依赖于原子(离子)的吸附和扩散效应.弧光放电的电离过程产生的大量活性碳、氮原子(离子)被吸附到工件表面,同时弧光放电等离子体对工件的不断轰击使工件表面迅速进入奥氏体化的高温区间,致使吸附于工件表面的碳、氮原子(离子)通过热扩散效应渗入基体并向内扩散.

电压对Q235钢等离子体电解硼碳共渗中光谱特性的影响

采用液相等离子体电解渗方法,在280 V和300 V电压下对Q235低碳钢进行硼碳共渗处理,分析了渗层的显微组织和相成分。研究不同电压下硼碳共渗过程的光发射谱（OES）,并评估了等离子体放电区的电子温度、电子浓度特征参数。结果表明,等离子体电解硼碳共渗中放电区的电子浓度大于8×10^22m^-3,达到局部热平衡状态。电子温度为3000-12000 K,等离子体放电为活性碳原子和硼原子在钢基体中快速扩散创造了高温环境。随着电压的升高,等离子体放电变得剧烈,电子温度明显增加,Q235低碳钢表面岛状硼化物颗粒逐渐增大相连接,形成较厚的渗硼层。

低碳钢液相等离子体电解硼碳共渗层生长特性研究

在含有硼砂和甘油的电解液中对Q235低碳钢表面进行液相等离子体电解硼碳二元共渗(PEB/C)处理,研究不同时间条件下PEB/C共渗层的组织形貌,着重探讨了PEB/C二元共渗过程中电解质的分解反应和渗硼层快速生长机理。结果表明,在330V电压条件下,经过6min PEB/C处理后,在样品表面开始生成不连续的岛状硼化物;而经过30min PEB/C处理后,可以形成主要由Fe2B相组成的均匀致密的渗硼层,渗硼层的硬度可以达到1 800HV,厚度约为20μm。PEB/C共渗样品渗硼层的生长过程主要包括共渗初期阶段、生成岛状硼化物阶段和渗硼层均匀生长阶段。

3Cr13钢540℃等离子体氮碳共渗层的组织结构和性能表征

3Cr13钢540℃等离子体氮碳共渗4、8和16 h后,渗层厚度随时间增加逐渐增厚。共渗层组织由致密层、过渡层和白亮层组成,相组成主要为γ'-Fe_4N和α-Fe,硬度和耐蚀性显著提高。

滚动轴承钢碳氮共渗工艺研究

以GCr15和GCr15SiMn轴承钢为研究对象,进行不同工艺的碳氮共渗热处理实验研究。利用光学显微镜观察试样热处理后的显微组织、晶粒度,利用X-射线衍射仪分析热处理后残余奥氏体的含量,利用硬度仪测量试样热处理后的硬度变化规律,研究共渗温度对渗层组织和性能的影响。研究结果表明:考虑碳氮共渗层深度、显微组织、晶粒度以及硬度综合因素,碳氮共渗温度控制在820℃,碳势控制在1.18%,进行淬火和低温回火的组织和性能较好。该工艺下增加冷处理,GCr15SiMn试样表面硬度从64.5 HRC提高至66.1 HRC,表面残余奥氏体量从22.1%下降至12.5%。冷处理有效降低了表面残余奥氏体含量。

Cr12MoV钢等离子体氮碳共渗工艺及稀土催渗

对Cr12MoV钢在510～520℃、NH3流量为60 mL/min时不同时间、NH3/CO2不同气氛比值、不同等离子体共渗炉压的氮碳共渗工艺进行了研究。通过金相、XRD、SEM、EDS、摩擦磨损实验,探究了氮碳共渗优化工艺及稀土加入对Cr12MoV离子氮碳共渗的影响。结果表明:对于冷作模具钢Cr12MoV,时间为10 h、NH3/CO2为10∶1、炉压为500～700 Pa时,实验效果优化。另外,随着稀土镧的加入,渗层增厚且白亮层更致密,硬度梯度更平缓,氮碳共渗效果更佳。

17-4PH钢等离子体稀土氮碳共渗层的组织结构和性能

利用OM、XRD、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计和摩擦磨损试验机研究了17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢在500℃脉冲等离子体稀土氮碳共渗层的组织结构和性能。结果表明,稀土添加使共渗层致密;共渗层主要由α′、ε-Fe3N、γ′-Fe4N及CrN组成;添加稀土或减小氮氢比,渗层中ε-Fe3N相的比例降低。表面形貌SEM观察和EDS成分分析结果表明,共渗表面主要由弥散分布的(Fe,Cr)xNy化合物颗粒、颗粒团和颗粒团簇,以及少量"柱状"生长的γ′-Fe4N相组成;当氮氢比为1∶6时,稀土氮碳共渗层表面硬度可达1580HV0.1。随磨损时间延长,稀土添加较无稀土添加的共渗层摩擦系数变化较小。