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      行业新闻

      传统的316不锈钢管低温等离子渗氮技术在高温下渗氮

      (>500℃)虽然不锈钢管的表面硬度和耐磨性有所提高,但负面结果是CrN相的沉淀导致基体贫困Cr,不锈钢管耐腐蚀性降低。1985年Zhang和Bell对AISI316不锈钢管在400℃低温等离子体渗氮,在不锈钢管表面得到新的相如图1所示.2.指出新相硬度高,耐腐蚀性与原材料相同[40]。Ichii[41]等也在400℃这种相是通过低温渗氮获得的。XRD,他们发现了新相的峰和γ-Fe相比之下,向低角度移动。因为这个峰在ASTM该指数未列出,Ichii标记这些峰值S1-S5,如图1.三、并称这层新相为S-Phase所以便有了S这个名字。很快就对了S相的研究在国际上引起了科研学者的广泛兴趣S开始研究相结构、制备工艺参数和应用。S从此成为表面工程研究领域的热点。低温等离子体渗氮,它利用光放电产生等离子体。在等离子体强电场的作用下,高速氢氮正离子对工件表面进行轰击,氮会渗入工件表面形成渗氮层。它具有很高的弥散性、硬度和热稳定性,因此材料的力学性能将大大提高。经过近20年的应用研究,该技术已成功应用于欧洲、美国、日本等国家的工业生产。大连理工大学和青岛科技大学主要开展奥氏体不锈钢管低温光等离子体渗氮研究。随着研究的深入,人们对新相晶体结构的理解越来越多,其名称也在发生变化。1993年Leyland第一次使用扩张奥氏体(expanded austenite)这个名字,并指出它与奥氏体相同FCC结构。S阶段或扩张奥氏体已成为这种新阶段的常见名称,并经常出现在文献中。低温等离子体渗氮处理已广泛应用于各种材料中,取得了良好的效果。研究人员对低温离子渗氮处理的研究也越来越成熟。自20世纪80年代以来,人们一直在发现扩张奥氏体(通常被称为S在相)的基础上,对奥氏体不锈钢管的显微组织、硬度分布、耐磨性和耐腐蚀性进行了研究。Sun不同奥氏体的人不绣钢AISI316、304、321在400~500℃在渗氮温度下X对射线特征进行了研究和分析S氮含量与温度的关系。研究发现,S类似于面心立方结构,但其晶格常数受氮含量影响[53]。X.Y.Li对AISI316不锈钢管低温等离子渗氮研究表明:S基体之间没有明确的界面,基体中的奥氏体晶界延伸到S相中,S相中没有新的晶界,所以S相只是一个N扩散区S相中N急剧过饱和达到22at%,而N在γ-Fe最大固溶度只有8.7at%,这是因为Cr-N键很强,Cr对N吸引力大,低温时Cr不能扩散,所以不能形成化合物。通过500℃退火发现,S几分钟后分解成CrN和N在γ-Fe固溶体在350℃则需要上千个小时,说明S相是亚稳态。Li奥氏体不锈钢管采用直流等离子体渗氮技术350-480℃处理温度范围,采用环-块磨损试验机,磨副为GGr15实验载荷为30N,滑动速度为9.59cm/s在磨损条件下,研究了原始和改性AISI316L奥氏体不锈钢管无润滑磨损行为和机制。结果表明,当渗氮温度为350-400时℃在此之间,渗氮层含有单一的渗氮层S相,渗氮温度为480℃当渗氮层含有单一的渗氮层时CrN相。直流等离子体渗氮技术AISI316L奥氏体不锈钢管的硬度和耐磨性有所提高,在这种磨损试验条件下,它含有单一的S相的改性层显示出最佳的耐磨性。AISI316L奥氏体不锈钢管的磨损机制主要是严重的粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损,而渗氮AISI316L奥氏体不锈钢管的磨损机制主要是轻微的氧化磨损和磨粒磨损。氮在低温等离子体渗氮过程中的扩散等离子体是由部分原子的电子剥夺和电离后产生的正负电子组成的离子气体物质。它通常被认为是除固体、液体和气体外物质的第四种状态,在宇宙中广泛存在。等离子体是电中性的,它由相当数量的离子和电子组成,具有一定的电磁性质,如等离子体中带电粒子的热运动和扩散以及电场作用下的迁移,是一种能量较高的物质聚集态。等离子体氮是在光放电条件下进行的,气体分子,气体分子在大气中的电离度约为10-6个数量级。离子氮化的机制一直存在争议,有以下理论:氮氢分子离子模型理论、阴极溅射理论、中性活性氮原子渗透理论,其中阴极溅射理论更被接受,以下介绍。气体氮化是氨分解产生活性氮原子,然后活性氮原子渗入工件表面,等离子体氮化所需的活性氮原子由含氮离子聚集在工件表面。.4是等离子体渗氮的示意图。离子氮化的复杂过程可分为以下四个步骤:(1)在电场的作用下,氮原子或含氮分子电离成氮离子和电子。在电场力作用下,带正电的氮离子向工件(负极)加速,而电子则向正极加速。(2)电子在电场作用下获得高能量,在运动过程中与中性气体原子或分子碰撞,使气体进一步电离或成为刺激原子。当刺激原子返回基态时,会伴随着能量的释放,部分能量会转化为覆盖工件表面的可见光,形成光。(3)在电场的作用下,氮离子群加速向工件表面移动,以极高的速度轰击工件表面。氮离子携带的相当一部分能量会在碰撞过程中转化为热能,加热工件,加热工件表面Fe、C和O当原子撞击工件表面时,在此过程中会产生二次电子Fe又会与N原子结合为FeN,然后再次吸附到工件表面,二次电子在电场作用下加速正极运动,与大气中的分子或原子碰撞,产生新的离子,使放电过程持续。(4)吸附工件表面FeN会逐渐分为含氮量低的化合物,如Fe 2-3 N或Fe 4 N等等,分解产生的部分氮原子会渗入工件表面形成渗层;一些氮原子回到大气中,再次结合成FeN化合物。这一过程连续进行,使工件实现渗氮的目的。


      低温等离子渗氮技术的特点


      低温等离子渗氮一种高性能渗氮方法,低温等离子渗氮可在不锈钢管表面获得一层渗氮层,无氮化合物沉淀,硬度高,属于亚稳定间隙过饱和相。因此,它可以提高耐磨性和硬度,而不会降低耐腐蚀性。低温等离子渗氮技术还具有渗氮层厚度和组织可控、渗氮速度快、工件变形小、无污染、无预处理、净化表面等优点,可大大延长不锈钢管的使用寿命,特别是在摩擦磨损条件下,节约成本。但在等离子渗氮过程中,工件作为气体放电装置的阴极,传统的等离子渗氮技术存在一些难以解决的固有问题:1.边缘效应,放置在光等离子体中的部件,不同距离的电荷密度不同,导致不同位置的离子轰击强度不同,导致氮层组织和性能不均匀,即边缘效应。.空心阴极效应,如果工件的两部分之间的距离太近(如小直径的深孔或窄缝),或工件之间的距离太小,就会产生空心阴极效应。也就是说,当气体产生光放电时,零件的两部分或两部分之间的距离为小时。它们作为两个独立的阴极重叠,电子在两个阴极之间来回波动,从而增加了电子与容器中气体分子碰撞的概率。因此,在激发更多分子后,会产生电离,气体放电的光强会急剧增加,导致两个工件壁过热,甚至部分熔化。.表面弯曲,待处理工件表面未清洁,残留油溃疡等挥发性物质,在传统等离子体氮处理过程中,这些挥发性低熔点物质容易引起弧光放电,产生极高的局部温度,熔化金属,从而烧伤工件表面。


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