不锈钢表面改性及腐蚀磨损性能研究.pdf
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1、中文摘要 摘要 等离子体渗氮是一种被广泛应用的材料表面改性技术,它具有“效率高”、“节 约能源”等优点。 本论文采用阳极氮化法对S S 2 2 0 5 双相不锈钢进行表面改性。首先讨论渗氮层 厚度增加的动力学过程,在气压为5 0 0 P a 时,4 2 0 保温4 h 、6 h 、1 0 h 、1 8 h 。阳极 氮化后,S S 2 2 0 5 双相不锈钢表面生成以柏相为基的氮化物层,随着保温时间的延 长渗氮层的厚度逐渐增加,相逐渐取代原基体的丫和0 c 相。表面显微硬度随着渗 氮层的增厚逐渐增大,1 8 h 处理后渗氮层显微硬度达到1 4 9 2 7 3H V o - 0 5 ,约为基体 的
2、4 5 倍。从阳极曲线分析中可知,经低温阳极氮化,双相不锈钢表面的自腐蚀电 位提高约0 2 V ,同时随着保温时间的延长,点蚀电位逐渐升高,而维钝电流密度 略有增大。 在热力学分析过程中,处理温度为4 4 0 5 0 0 。C ,保温4 h 。渗氮层随着温度的升 高明显增厚。在4 6 0 。C 以上,氮化层中有C r N 析出,并且随着温度的升高,C r N 析出量逐渐增多,导致了周围基体的贫C r 现象,破坏了双相不锈钢的耐蚀性能。 使用往复摩擦磨损实验机,在3 5 的N a C I 溶液中,对处理前后的S S 2 2 0 5 双 相不锈钢进行腐蚀磨损实验。载荷为5 7 N 和9 7 N ,
3、实验时间为1 2 0 m i n ,速度为 O 0 3 3m S 。采用三维共聚焦显微镜对轮廓及磨损量进行测量,未经氮化处理的双 相不锈钢表面磨损很严重,即使在小载荷下磨痕也很深,并且磨痕两侧出现明显 的塑形变形。氮化处理后的双相不锈钢基本没有发生磨损,4 2 0 。C 保温1 8 h 氮化样 品的磨痕内部甚至高于样品表面,发生明显的黏着。使用扫描电子显微镜对磨痕 微观形貌进行观察,未经处理的样品的磨痕内部有明显的犁沟及裂纹,发生了严 重的犁削磨损和疲劳磨损,表面黏着大量的黑色腐蚀产物。氮化处理后,双相不 锈钢表面生成了均匀的丫N 相,并且提高了表面硬度,避免了犁削磨损与疲劳磨损 的发生,同时
4、表面没有发生明显的腐蚀。 关键词:S S 2 2 0 5 双相不锈钢;阳极氮化;腐蚀磨损 英文摘要 A B S T R A C T P l a s m an i t r i d i n gi saw i d e l ya p p l i e dm e t h o do fs u r f a c em o d i f i c a t i o n ,w h i c hh a s ”h i g he f f i c i e n c y “”s a v i n ge n e r g y ”a n ds o m eo t h e ra d v a n t a g e s I nt h i sp a p
5、e r , t h eS S 2 2 0 5d u p l e xs t a i n l e s ss t e e lw a st r e a t e db yt h ea n o d en i t r i d i n g m e t h o da n ds u c c e s s f u l l ya v o i d e dt h e ”e d g ee f f e c t ”h o l l o wc a t h o d ee f f e c t ”a n ds o m e o t h e rd e f e c t sw h i c hc a m ef r o mt h et r a d i
6、 t i o n a ln i t r i d i n gm e t h o d F i r s t ,t h ed y n a m i c p r o c e s so fa n o d i cp l a s m an i t r i d i n gh a sb e e nr e s e a r c h e d A t4 2 0 p r o c e s s i n gt i m e r a n g e sf r o m4 h o u r st o18 h o u r sa n dp r o c e s s i n gp r e s s u r ei s5 0 0 P a T h er e s
7、 u l t ss h o wt h a t t h e mp h a s e b a s e dc o m p o u n dl a y e rf o r m e do nt h es u r f a c eo fs a m p l e s W i t ht i m e p r o l o n g e d ,t h i c k n e s so ft h en i t r i d e dl a y e rw a si n c r e a s e da n dmg r a d u a l l yr e p l a c et h ey p h a s ea n d0 【p h a s e T h
8、 eh a r d n e s so ft h es u r f a c eW a s14 9 2 7 3H V o 0 5a f t e r18h o u r s p r o c e s s i n gt h a tw a s4 5t i m e so f t h es u b s t r a t e I tC a np r o v et h a tw i t ht h et i m ep r o l o n g e d , t h ea m o u n to fn i t r o g e ni nn i t r i d e dl a y e rg r a d u a l l yi n c
9、r e a s e d ,s o l u t i o ns t r e n 舀he f f e c tw a s a l s og r o w i n gw i t l li t , w h i c hw a sc o n s i s t e n tw i t ht h eX R Dd i f f r a c t i o na n a l y s i s P o t e n t i o d y n a m i cC H I V E Ss h o w nt h a tt h ec o r r o s i o np o t e n t i a lo fn i t r i d e dl a y e
10、rr i s e s0 2 V I nc o n t r a s tw i t l lu n t r e a t e ds a m p l e s ,p i t t i n gp o t e n t i a lg r a d u a l l yi n c r e a s e d w h i l et h e p a s s i v ec u r r e n td e n s i t yi n c r e a s e ss l i g h t l yw i t ht i m e I nt h et h e r m o d y n a m i cp r o c e s s ,p r o c e s
11、 s i n gt e m p e r a t u r er a n g e sf r o m4 0 0 。Ct o5 5 0 。C , p r o c e s s i n gp r e s s u r ea r e5 0 0 P a , a n dt h en i t r i d i n gt i m ei s4h o u r s T h en i t r i d e dl a y e r t h i c k e n e dw i t ht e m p e r a t u r e A b o v e4 6 0 。C ,C r Np r e c i p i t a t ei nn i r i
12、d e dl a y e r s A st h e t e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g ,p r e c i p i t a t i o nq u a n t i t yg r a d u a l l yi n c r e a s e d ,l e a d i n gt oam a r x w i t hap o o rC rs u r r o u n d i n gw h i c hc o u l dd a m a g et h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c eo fd u p l e x s t a i
13、 n l e s ss t e e l I n3 5 N a C Is o l u t i o n t r i b o l o g i c a lp r o p e r t i e so fn i t r i d e da n du n t r e a t e dS S 2 2 0 5 d u p l e xs t a i n l e s ss t e e lw a si n v e s t i g a t e du s i n gr e c i p r o c a t i n gt r i b o m e t e ra g a i n s tG C r l 5b a l l , a n dt
14、 h en o r m a ll o a d sa r e5 7 Na n d9 7 N a n dt h es l i d i n gt i m ei sc h o s e nt ob e12 0 m i n T h es e c t i o np r o f i l eo ft h ew o mt r a c ki so b s e r v e db yc o n f o c a ll a s e rs c a n n i n gm i c r o s c o p e ( C L S M ) U n t r e a t e ds u r f a c ew a sw o r ns e r i
15、 o u s l y , e v e nu n d e rs m a l ll o a d st h ew o r nt r a c k w a sv e r yd e e p ,a n do b v i o u sp l a s t i cd e f o r m a t i o nw a si nt h ee d g eo fw e a l “ s c a r s T h e 英文摘要 d e p t ho ft h ew o r nt r a c ko ft h en i t r i d e ds a m p l e si ss h a l l o w e r T h en i t r i
16、 d e ds a m p l e sa t4 2 0 f o r18 hi n s u l a t i o ni n s i d et h ew e a l “ s c a rw a se v e nh i g h e l “ t h a nt h es a m p l es u r f a c e w h i c hw a st h ep h e n o m e n o no fa d h e s i o n T h em o r p h o l o g yo ft h ew o r nt r a c ka n dt h e w e a l “ m e c h a n i s mi s i
17、 n v e s t i g a t e du s i n gt h es c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ( S E M ) P l o u g h i n g ,c r a c k s ,o b v i o u sp l a s t i ct r a n s f o r m a t i o na n dal o to fb l a c kc o r r o s i o np r o d u c t s a r ef o u n di nt h ew o mt r a c ko ft h eo r i g i n a ls a
18、m p l e s I tc a nb ei n d i c a t e dt h a tw e a ro f t h e u n t r e a t e dd u p l e xs t a i n l e s ss t e e li sc h a r a c t e r i z e d b ys 订o n gp l o u g hw e a ra n df a t i g u ew e a r A f t e rn i t r i d i n gt r e a t m e n t , u n i f o r m p h a s ef o r m e do nt h ed u p l e xs
19、 m i n l e s Ss t e e ls u r f a c e a n dm i c r o h a r d n e s sh a sb e e ni m p r o v e d ,w h i c ha v o i dp l o u g hw e a ra n df a t i g u ew e a l “ , m e a n w h i l et h e r ew a sn os i g n i f i c a n tp h e n o m e n o no f c o r r o s i o n K e yw o r d :S S 2 2 0 5d u p l e xs t a
20、i n l e s ss t e e l ;a n o d en i t r i d i n g ;c o r r o s i v e - w e a r ; 目录 第1 章绪论1 1 1 不锈钢概述一1 1 1 1 不锈钢中各合金元素的作用一1 1 1 2 不锈钢的种类一4 1 1 3 奥氏体一铁素体不锈钢一4 1 2 渗氮的基本原理及意义5 1 3 等离子渗氮处理技术6 1 - 3 1 辉光放电的物理特性6 1 3 2 等离子渗氮的渗入机理8 I 4 双相不锈钢耐磨蚀性能研究1 2 1 5 本文研究意义1 3 1 6 本文研究内容一1 4 一 第2 章实验设备和实验方法1 5 2 1 实验
21、设备1 5 2 1 1 渗氮处理实验设备一1 5 2 1 2 腐蚀磨损实验设备一1 6 2 1 2 实验方法17 2 2 1 实验材料一1 7 2 2 2 氮化工艺1 8 2 2 3 腐蚀磨损实验1 9 2 3 分析测试手段2 0 2 3 1 金相显微分析( 0 M ) 2 0 2 3 2 显微硬度分析( H V ) 2 0 2 3 3X 射线衍射分析( X R D l 2 0 2 3 4 动电位极化曲线分析一2 1 2 3 5 场发射扫描电子显微分析( F E S E M ) 2 1 2 3 6 激光共聚焦显微分析( C L S M ) 2 1 一 第3 章S S 2 2 0 5 双相不锈钢
22、表面氮化处理一2 3 3 1 渗氮层表面形貌一2 3 3 2 渗氮层金相显微研究一2 4 3 3 渗层结构分析2 7 3 4 成分与组织分析3 0 3 5 表面硬度分析一3 0 目录 3 6 耐蚀性能分析一3 3 3 7 优化处理条件一3 8 一 第4 章处理前后样品腐蚀磨损性能评价4 7 4 1 摩擦系数4 7 4 2 磨痕轮廓5 2 4 3 腐蚀磨损微观形貌6 0 4 4 分析与讨论6 7 4 4 1 摩擦系数6 7 4 4 2 磨损机制6 8 第5 章结论7 0 参考文献7 1 - 致谢7 4 S S 2 2 0 5 双相不锈钢表面改性与腐蚀磨损性能研究 第1 章绪论 1 1 不锈钢概述
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- 关 键 词:
- 不锈钢 表面 改性 腐蚀 磨损 性能 研究
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