离子渗氮渗氮温度对耐磨性能影响—上海氧化

在离子渗氮过程中，保温之前采用高电压(1000V)、低气压(100～120Pa)加强离子溅射去除试样表面的钝化层。通过加强离子溅射，可全方位、较均匀地摧毁不锈钢表面的原生钝化膜和再生钝化膜，活化金属表层和亚表层，使不锈钢表面晶格缺陷或位错密度增加，有利于[N]的吸附和扩散。可以看出，低温离子渗氮、氮碳共渗，虽然表面也得到高的硬度，但是渗层浅，硬度梯度大。其原因是渗氮温度低，活性[N]离子少，[N]离子扩散系数关系式为：D=D0E-Q/RT。式中：D0和Q 为[N]在Fe 的不同相中扩散的常数。可知，扩散系数与温度密切相关，同时铬与氮元素之间具有很强的亲和力，也限制了氮的扩散，因此低温离子渗氮时得到的渗氮层薄。而当温度升高后，活性[N]离子多，[N]离了扩散加快，得到的渗氮层比较厚。

渗氮层微观组织来看，试样S1的渗氮层经腐蚀液腐蚀后呈白亮色，没有看到明显的渗氮层；而试样S2的渗氮层经腐蚀液腐蚀后呈黑灰色。说明在450℃渗氮处理时渗层中没有铬的氮化物析出，低温离子渗氮形成了过饱和奥氏体固溶体；而在520℃渗氮处理时有铬的氮化物析出。

★ 渗氮温度对耐磨性能的影响——上海氧化企业来为大家娓娓道来

奥氏体不锈钢离子渗氮处理前后耐磨性能的对比图。实验所加载荷为10N，转速为80 r/min，时间为15h。经过渗氮处理的奥氏体不锈钢其耐磨性能比未处理时提高了4～5 倍。低温离子渗氮(S1)由于渗层浅，其耐磨性能比常规温度下的离子渗氮(S2)稍差。奥氏体不锈钢经离子渗氮后，由于其表面生成了CrN、Cr2N，而CrN比FeN 的生成热高，因而更稳定，硬度也更高，耐磨性能得到了很大的提高。

把经过离子渗氮处理和未处理的试样放入0.5mol/LNaCl+0.3 mol/LHCl 流质中于室温(约25℃)下浸泡24 h，可明显看到，浸泡经常规温度离子渗氮处理后试样的腐蚀液变为混浊。从腐蚀液中取出试样吹干后用分析天平称出它们的质量，与浸泡前的质量相比，未经渗氮处理、低温渗氮处理和常规温度渗氮处理试样的失重率分别为2.8×10、3.0×10 和6.5×10mg/mm·h。未经渗氮处理的奥氏-2-2-2 2

体不锈钢由于其表面形成了一层Cr的氧化膜(钝化层)而起到保护基体作用，因而耐腐蚀性好；低温离子渗氮后其耐腐蚀性基本不变，原因是其表面形成了过饱和奥氏体固溶体，没有铬的氮化物析出；而经520℃渗氮处理的奥氏体不锈钢其耐腐蚀性能有较大的下降，原因是Cr与N的亲和力比Fe 与N 的强，渗层中有大量Cr的氮化物(CrN、Cr2N)析出，使基体贫铬，（盐浴氮化）在表面硬度显著提高的同时表面耐腐蚀性能严重恶化。

★ 采用低温和常规渗氮温度对奥氏体不锈钢进行离子渗氮，渗氮层的显微硬度均达到1150HV0.05以上，低温离子渗氮得到的渗氮层较薄，硬度梯度大。

★奥氏体不锈钢经过低温离子渗氮后，其耐磨性能提高4～5倍，而耐腐蚀性基本保持不变；常规渗氮温度下离子渗氮，虽然耐磨性能也提高4～5倍，但由于奥氏体不锈钢表面有铬的氮化物析出，使其耐腐蚀性能大幅度下降。 4 不锈钢固溶渗氮传统的不锈钢渗氮工艺，一般采用的温度为500～6OO℃ 。保温时间为25—50 h，所得的渗氮层深度为0.1～0.3mm。为提高渗氨层深度，就必须提高温度，加快扩散，并延长渗氮时间。但提高温度，渗氮速度加快，又会使表面层的硬度有所下降。因此渗氮层浅一直是渗氮工艺中存在的问题。而固溶渗氮很好地解决了这一问题，在1100—1150℃ 温度下使渗氮层达2.5 mm。若不锈钢中的奥氏体不稳定，在淬火过程中转变为马氏体，那么固溶渗氮和传统的渗氮工艺有很大的差别，而是与表面淬火更接近。然而根据合金的成分，淬火后也能得到高强度的奥氏体表面层。高硬度的马氏体表面层对不锈钢轴承、工具和齿轮很有利；而高强度和韧性的奥氏体表面层可提高不锈钢件(如液流机械中的泵和阀门等)的耐空气和体的腐蚀性。固溶渗氮成本很低．可替代加压冶金或粉末冶金生产的高氮钢。至近这些年，氮是影响高合金钢发展的主要因素。固溶渗氮工艺至少可改变表面层性能。使高合金钢在工业生产中广泛应用。

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