氣體氧—氮碳復合處理工藝及滲層組織與性能研究.pdf

1、國內外對鹽浴QPQ技術的研究已有四十余年的歷史，該工藝比較成熟，并得到了廣泛應用。但其生產過程中產生的廢氣和廢渣對人體健康和環(huán)境造成了一定危害，使其發(fā)展受到很大限制，需要開發(fā)一種新型的表面處理技術以解決鹽浴 QPQ技術產生的污染問題。氣體氧—氮碳復合處理作為一種新型的表面改性技術，處理過程中對環(huán)境的污染較小，具有較好的發(fā)展前景。
　　氣體氧—氮碳復合處理是氣體氮碳共滲和氣體后氧化的復合處理技術。工件氮碳共滲后再進行氧化處理，在高硬

2、度氮碳共滲層上形成的一層氧化物(Fe3O4)薄層，該薄層具有低的摩擦系數(shù)和高的化學穩(wěn)定性，改善了氮碳共滲件表面的電化學性能，顯著提高了氮碳共滲層的抗腐蝕性能和抗磨損性能，可被應用于工程機械、醫(yī)療器械和汽車工業(yè)等領域。
　　本課題系統(tǒng)研究了氣體氧—氮碳復合處理技術。開發(fā)了高效、環(huán)保的助氧化劑，實現(xiàn)零件高綜合性能的后氧化處理；研究了氣體氧—氮碳復合工藝，探討了不同氧化時間和氧化溫度對氣體氧—氮碳復合處理后試樣的組織與強化層分布的影響。

3、通過對試樣進行外觀觀察、金相分析和顯微硬度測試得出，氣體氧—氮碳復合處理后的試樣外觀表現(xiàn)為灰黑色。氣體氧—氮碳復合處理層由表面氧化層、化合物層和擴散層三個區(qū)域組成。氧化層在金相顯微下呈黑色，分辨較為困難，由圖中金相和外觀顏色可初步推斷，隨著氧化溫度的提高，氧化層的厚度逐漸增大。經過氣體氮碳共滲處理的40Cr鋼和H13鋼化合物層厚度分別為6μm~10μm和10μm~12μm?；衔飳雍穸入S著氧化時間的延長和氧化溫度的升高逐漸變薄。隨著后氧

4、化溫度的升高，擴散層的厚度依次增大，后氧化時間對擴散層深度的影響較小；此外，氣體氮碳共滲處理的40Cr鋼擴散層要明顯比氣體氮碳共滲處理的H13鋼厚。氣體氧—氮碳復合處理后的40Cr鋼和 H13鋼表層硬度總體在500HV~600HV之間變化，約為基體硬度的3~4倍，且在氣體氧—氮碳復合滲層截面上，硬度表現(xiàn)出梯度變化，由表到基體心部，平滑過渡，硬度梯度呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢，強化的方式為相變強化和固溶強化的共同作用。
　　本課題

5、還研究了氣體氧—氮碳復合滲層的腐蝕性能。對試樣進行 Tafel極化曲線測定、浸泡試驗和鹽霧試驗。測定 Tafel極化曲線發(fā)現(xiàn)氣體氧—氮碳復合處理的40Cr鋼和H13鋼自腐蝕電位明顯高于氣體氮碳共滲層，隨著后氧化時間的延長和后氧化溫度的升高，自腐蝕電位呈現(xiàn)先增大后減小的特點，經氣體氮碳共滲450℃、1h后氧化處理的試樣發(fā)生腐蝕的傾向最??；浸泡試驗結果表明，氣體氧—氮碳復合處理40Cr和 H13鋼試樣的腐蝕速率隨著后氧化時間的延長先減小后增

6、大，而后氧化溫度升高則腐蝕速率逐漸增大，且在400℃、1h后氧化處理后的試樣對應的腐蝕速率最低；鹽霧試驗結果，表明氣體氧—氮碳復合處理40Cr和 H13鋼隨著后氧化時間的延長鹽霧試驗試樣出現(xiàn)銹點的時間先增大后減小；隨著后氧化溫度的升高鹽霧試驗試樣出現(xiàn)銹點的時間逐漸縮短，在400℃、1h后氧化處理后的試樣出現(xiàn)鹽霧銹點的時間最長達到18h，耐蝕性與鹽浴QPQ處理后的試樣相當。此外，開發(fā)的氣體氧—氮碳復合處理技術已獲得生產應用，并提供給生產企