低温等离子体辅助inconel+690渗氮研究

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1、摘要镍基超合金Inconel690具有优良的抗腐蚀性能和热稳定性，在航空、航海及核工业上具有广阔的应用前景，目前已应用于压水反应堆的蒸汽发生器上。在高的机械载荷作用下这种材料也会发生磨损破坏。等离子体渗氮已经成功用于提高各种合金的摩擦学性能。奥氏体不锈钢经低温等离子体渗氮处理可以生成一种叫做YN相的氮过饱和固溶相。¨相层不仅具有比基体高得多的硬度，而且表现出良好的抗腐蚀性能。在本文中我们对Inconel690的等离子体渗氮处理进行了系统研究，一方面是基于工程应用的需要，另一方面是为了加深对YN相的了解。等离子体渗氮处理利用脉冲直流等离子体在

2、N2-H2混和气中进行。作为比较，我们对AISI316L奥氏体不锈钢也进行了相同的处理，此外还以Inconel690为靶材利用磁控溅射在A瑚q2混和气中合成了m相薄膜。为了全面了解这种材料的渗氮行为，采用不同技术对渗氮样品的显微结构、摩擦学特性和电化学性能等进行了表征。我们揭示了在这种材料中渗氮层厚度与晶粒取向的依赖关系并对其做出了解释。本文主要研究结果如下：在低于4750C温度下处理的Inconel690样品其渗氮层不均匀，并且与晶粒取向密切相关。在425。C这种晶粒取向对渗氮层厚度的影响尤为明显。利用电子背散射(EBSD)技术测量了不同

3、晶粒的取向，发现渗氮层厚度与0。1咖基本呈线性关系，e<100>是渗氮层生长方向与晶粒<100>晶向的最小夹角。氮在<100>取向的晶粒中具有最大扩散深度。建立了一个数学模型对上述现象进行了解释：由于面心立方金属中弹性模量呈各向异性，因此渗氮过程中不同晶向上的应力、应变不同，从而造成了扩散激活能在不同晶向上的差异，最终表现为在具有不同取向的晶粒内氮的扩散速率不同。模拟计算结果与实验观察结果基本相符。在低于400。C温度下处理的Inconel690样品其渗氮层也具有双层结构：最外层为固溶氮量比较高(最高可达30at．％)的f_c．cTHl相层

4、，次外层则为固溶氮量比较低(<10at．％)的￡c．c．n2相层。当渗氮温度高于4000C，或在400。C进行超过4小时渗氮处理，坩相将发生分解，分解产物为￡c_c氮化铬析出相和贫N和cr的Y．FeNi奥氏体相。对Inconel690渗氮样品的电化学测试表明，在350。C经2h渗氮处理的样品在0．5mol／LH2S04水溶液中具有比原始样品更好的抗腐蚀性能。摩擦学测试表明渗氮样品不仅摩擦系数大大降低了，而且表面硬度也获得了显著提高。采用相同的脉冲等离子体工艺，在低予440。C温度下处理的奥氏体不锈钢样品其渗氮朦由两个其有鞠驻分赛瑟的亚麓梅成

5、：簸表屡为霾溶氮爨魄较麓豹强l籀瑟，次裘罄羯麓固溶氮壤比较低并富积丁少量碳元素的坩2相层。研究表明渗氮处理之前在A“{2等离子馋中懿鬻子轰裔鞭憝理蔻产生这释双瑟络构懿翳簧条馋。以Inconel690为靶材，在不同A卜N2混和气中利用磁控溅射制备了均匀的¨相薄膜，箕饱和氮浓度帮等离子体渗氮样品静纂本福阕。在囊空串对一个豫裙薄膜样晶遴行燕热处理并做了原位XP,D观察，结果表明¨相的分解温度大约在400。C。关键词：镍基怒合金；簿离子体辅助渗爨；晶粒取向；扩散驻AbstractInconel690，anickel‘basedalloywithhi

6、ghchromiumcontents，isanimportantengineeringmaterialtosubstituteaustenifiestainlesssteelsandiswidelyusedinaerospace，marineandnuclearindustries．Despiteitsexcellentcorrosionresistanceandhigh-temperatureperformances，thismaterialsuffersfrom燃damagesunderhi砖mechanicalloads．Plasma

7、assistednitriding(PAN)hasbeenprovedsuccessfulinimprovingthetribologicaipropertieswithoutdeterioratingthecorrosionresistanceofavarietiesofalloys．Inthecaseofausteniticstainlesssteels，PANtreatmentsproduceahighlynitrogen—enriched孙layerthatisresponsiblefortheimprovedperformance

8、s．Inthispaper,WeinvestigatePANofIneonel690，bothforengineeringpurposesandforenrichingthekn