AISI316奥氏体不锈钢等离子体源渗氮及其耐磨抗蚀性能

当今,系列低温渗氮改性技术,如低温气体/离子渗氮、氮离子淹没注入及等离子体基低能离子注入等,已成功地应用于改性奥氏体不锈钢,使其耐磨抗蚀复合性能得到了提高,但在关于γN相改性层耐磨蚀方面的报道差异性较大,在均匀腐蚀性方面甚至出现了相互矛盾的结果。

这表明改性后的奥氏体不锈钢表层形成的γN相改性层的摩擦和腐蚀行为十分复杂,目前对其耐磨抗蚀机理还未完全掌握。

为此,研究人员采用等离子体源渗氮技术,在AISI316奥氏体不锈钢表面制备了γN相改性层,研究了干摩擦条件下γN相改性层/Si3N4陶瓷球的摩擦磨损行为及其在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为,并探讨了其耐磨抗蚀机理。

试验基材为AISI316奥氏体不锈钢,化学成分(质量分数):0.06%C,1.86%Mn,19.23%Cr,11.26%Ni,2.26%Mo,Fe余量;尺寸为Φ20mm×60mm。基体经SiC金相砂纸打磨后,用粒度为1.5μm的金刚石抛光膏抛光,于丙酮溶液中超声清洗15min,超声波功率0.2kW;冷风吹干。

等离子体源渗氮装置:以厚度为2mm的AISI304奥氏体不锈钢制成Φ400mm×400mm金属屏作阴极,其上均匀分布1000~1500个Φ16mm孔,并与直流脉冲电源负极相接;工作台直径为300mm,可调整为直流偏压电位或悬浮电位。脉冲等离子体由炉体和阴极共同作用产生,作为等离子体源向工件表面提供渗氮所需的温度和活性粒子。工艺参数:渗氮温度为450℃,纯NH3的工作气压为300Pa,试样置于悬浮电位,处理6h。试验研究结果表明:

(1)AISI316奥氏体不锈钢于450℃,6h等离子体源渗氮后,获得了单一的高氮面心结构γN相改性层,其厚度约为17μm,峰值氮浓度达20%(原子分数),最大显微硬度为1510HV0.1N。

(2)干摩擦条件下,γN相改性层的磨损机制由奥氏体不锈钢的黏着磨损转变为氧化磨损,摩擦系数由0.88降低至0.65,磨损体积由0.13mm3降低到9.50×10-3mm3,耐磨性能的提高归因于其表层具备了高硬度和高承载能力。

(3)在3.5%NaCl溶液中,γN相改性层的自腐蚀电位比奥氏体不锈钢提高了224mV,维钝电流密度约低一个数量级,且未发生点蚀现象;γN相改性层钝化膜的容抗弧直径和相位角值均增大,电荷转移电阻Rct由原奥氏体不锈钢的1.006×105Ω·cm2增至1.377×106Ω·cm2,,双电层电容Cdl由88.4μF/cm2降低至77.8μF/cm2,说明γN相改性层的钝化膜致密性增加,表现为近纯电容特性。

来源:冶金信息网