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不鏽鋼表面離子滲氮(碳)技術

上線日期:2018-03-30點擊量: 作者:賀迪絲網

不鏽鋼應用範圍十分廣泛。面對當前資源嚴重短缺的現狀,采用各種強化措施來改善已開發不鏽鋼鋼種的性能,進一步發揮各種不鏽鋼的優勢,拓展其應用範圍,是一項迫切而意義深遠的工作。表面改性處理是低成本而有效提高材料表面硬度、耐磨性和抗疲勞性能的重要方法。 

由于不鏽鋼表面氧化膜的存在,使一般的氣體滲氮很難進行。雖然表面活化處理後的不鏽鋼可以進行氣體滲氮處理,但是工序複雜,不易控制,所以人們逐漸采用了一些新的滲氮工藝技術。離子滲氮技術就是其中應用最廣的一種。常規離子滲氮是在 500~560℃溫度下的N2和H2或NH3混合氣氛中進行的。由于離子滲氮能直接去除不鏽鋼表面的鈍化膜,并易于實現局部滲氮和較容易控制氮勢,在不鏽鋼表面強化方面顯示出較大優越性。對一些馬氏體不鏽鋼進行離子滲氮的結果表明,離子滲氮可有效地在不鏽鋼表面形成一定厚度的滲氮層,而不需要進行去除氧化膜的預處理。滲氮後的不鏽鋼硬度和耐磨性均有顯著提高。但是常規的離子滲氮容易在不鏽鋼表面形成CrN而使基體出現貧鉻,進而降低不鏽鋼的耐蝕性。所以,盡管經離子滲氮處理後不鏽鋼的表面硬度、耐磨性和抗擦傷、抗膠合能力有大幅度提高,但若處理不當,容易發生表層剝落、硬化層(滲氮層) 厚度不均勻以及耐腐蝕性大幅下降等質量問題。

為了避免高溫下形成CrN,損害不鏽鋼固有的耐蝕性,必須發展低溫處理方法。上世紀80年代研發了等離子體低溫滲氮研究,很好地解決了奧氏體不鏽鋼經處理後耐蝕性降低的技術難題。該技術的關鍵是在低溫下(350~450℃) 進行,以避免形成CrN而使基體貧鉻後耐蝕性下降。

盡管低溫滲氮技術克服了滲氮後不鏽鋼耐蝕性下降的問題,但離子滲氮也有其本身的缺點,如邊界效應、空心陰極效應,以及工件溫度不均等。為了克服離子滲氮的缺點,人們開發了活化屏離子滲氮技術。在活化屏滲氮技術中,工件處于懸浮狀态,離子轟擊金屬屏而不是工件本身。與常規離子滲氮相比,該技術可以處理不同形狀的工件,并能消除邊緣效應以及空心陰極效應,還能方便地測量工件的溫度。對 AISI 420馬氏體不鏽鋼的活化屏滲氮行為的研究表明,新工藝不僅消除了邊界效應,而且具有更高的滲氮效率,同時還可以完全消除由邊界效應引起的腐蝕環。

與滲氮相似,對不鏽鋼進行滲碳處理也可分為氣體滲碳和離子滲碳兩大類型。傳統氣體滲碳溫度很高,一般在800~1000℃,所以對不鏽鋼很少使用,主要采用低溫離子滲碳技術。低溫離子滲碳處理通常在550℃以下進行,所用氣體為H2和CH4或C2H2的混合氣體。


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