低温低压等离子弧辅助奥氏体不锈钢离子渗氮工艺研究

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1、工程硕士学位论文低温低压等离子弧辅助奥氏体不锈钢离子渗氮工艺研究作者姓名吴梦泽工程领域材料工程校内指导教师李烈军教授校外指导教师王永宁高级工程师所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2018年3月StudyontheTechnologyofPlasmaArcAssistedNitridingAusteniticStainlessSteelinLowTemperatureandLowPressureADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WuMengzeSupervisor

2、：Prof.LiLiejunSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TG178学校代号：10561学号：201521002782华南理工大学硕士学位论文低温低压等离子弧辅助奥氏体不锈钢离子渗氮工艺研究作者姓名：吴梦泽指导教师姓名、职称：李烈军教授，王永宁高级工程师申请学位级别：工程硕士工程领域名称：材料工程论文形式：ꇶ产品研发ꇶ工程设计ꇶ应用研究ꇶ工程/项目管理ꇶ调研报告研究方向：材料表面工程论文提交日期：2017年1月3日论文答辩日期：2018年3月15日学位授予单位：华

3、南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：张卫文委员：康志新赵海东李烈军王永宁摘要316L奥氏体不锈钢以其优异的耐腐蚀性、高温强度、非磁性和综合机械性能，广泛应用于热交换器、食品工业、化工和钟表等工业。316L奥氏体不锈钢室温下为单相奥氏体组织，硬度和耐磨性比较差，用在一些需要更高硬度更耐磨的机械零部件时，难以满足使用要求。本文利用空心阴极直流弧辅助，对316L奥氏体不锈钢进行低温（400℃）低压（0-3Pa）离子渗氮，研究不同工艺参数对316L奥氏体不锈钢渗层组织及性能的影响规律，开发渗速快且不降低不锈钢耐蚀性的表面处理工

4、艺；针对处理后的样品，用莱卡显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、维氏硬度仪、3D形貌仪、球盘式摩擦磨损仪及电化学工作站等分析仪器对样品组织、形貌、物相、机械性能及耐蚀性能进行表征。采用显微硬度计、微纳米综合力学系统测试分析处理后样品的力学性能。实验研究结果表明：1.在空心阴极辅助的条件下，可获得高效率的渗氮效果，渗速最快可达17.37μm/h，表面显微硬度最高达1608.79HV0.05。通过控制不同氮气与氢气的通入量，可实现对渗层厚度、组织、显微结构的控制。2.在氢气存在的情况下，氮氢比从4:1到1:6，渗氮层

5、厚度从13.68μm减小到6.84μm，表面显微硬度从1454.54HV0.05降到了1164.10HV0.05，随着氮氢比的降低，渗层厚度和表面显微硬度呈减小趋势。在20N载荷下，与GCr15的1h磨损结果中，氮氢比4:1表面形貌只出现少许磨痕和塑性变形区，获得了最好的耐磨性。3.离子渗氮（PN）处理后表面渗层主要相为γN；离子氮碳共渗（PNC）和氮碳共渗加离子渗氮复合（PNC+PN）处理后主要为γNC相。渗层中C、N含量越高，渗层组成相的晶格常数越大，渗层中产生的滑移带密度越大。无论是（111）还是（200）晶面，按照PN，PNC

6、，PNC+PN顺序，晶面间距逐渐增大。4.316L奥氏体不锈钢经过低温低压渗层处理后，耐磨性比基体面明显提高，表现为摩擦系数由基体的0.57降低为0.45-0.47，磨痕深度明显降低。在3.5%NaCl溶液中测得的极化行为表明，无CrN析出的渗层有助于耐蚀性的提高。关键词：316L奥氏体不锈钢；离子渗氮；离子氮碳共渗；耐磨损；耐腐蚀IAbstract316Lausteniticstainlesssteelisusuallyusedinheatexchangers,foodindustry,chemicalindustryandwatc

7、hindustrybecauseofitsgoodcorrosionresistance,high-temperaturestrengthandnon-magnetic,etc.However,itshardnessandwearresistancearerelativelypoor.Whenusedinmechanicalpartswhichrequirehigherhardnessandstrongerwear-resistantparts,316Lausteniticstainlesssteelisdifficulttomeet

8、therequirements,andtheservicelifeofthesepartsaregreatlyreduced.Inthisresearch,hollowcathodeDCarcassistedtocond