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硕士研究生学位论文答辩 0Cr18Ni9不锈钢等离子铌合金化工艺及改性层性能研究 答辩人：谢燕翔 导师：贺志勇教授 表面工程研究所 2009年5月 内容简介 ? 研究的背景和目的 ? 工艺参数的优化 ? 典型工艺下渗层的成分组织结构 ? 腐蚀性能检测 ? 摩擦磨损性能检测 ? 结论 研究背景及目的 不锈钢分类（按组织分） 铁素体不锈钢 奥氏体不锈钢 马氏体不锈钢 双相不锈钢 研究的背景和目的 研究的背景和目的 不锈钢晶间腐蚀理论 贫铬论 沉淀相亚稳论 亚稳沉淀相理论 亚稳相溶解理论（晶界吸附学） 应力论 腐蚀电化学理论 研究的背景和目的 贫铬论 在高温下溶解了C的奥氏体不锈钢迅速冷却到室温时，C就会以过饱和的形式固溶，若再次在敏化温度范围内保温或缓慢冷却时，过饱和的C就会以Cr23C6碳化物形式沉淀出来，由于Cr的扩散速度远低于C的扩散速度，当Cr23C6形成时，钢中远离晶界的Cr不能及时补充到边界，只能消耗晶界附近的Cr，造成晶粒边界贫铬，就形成了由处于活化态的晶界贫铬区与处于钝态的中心富铬区组成的具有较大电位差的活化－钝化电池。 研究的背景和目的 研究的背景和目的 双辉等离子渗金属技术原理 研究的背景和目的 双辉等离子渗金属技术优点 形成的改性层从表面到基材成分连续变化，与基材为物理冶金结合，使用过程中不会出现表层剥落等现象。 研究的背景和目的 课题的提出 本课题拟在304不锈表面形成含铌的合金层，Nb和C的亲和力很强，合金化后优先形成铌的碳化物，使固溶体中的C含量降低，从而减少Cr23C6的形成，抑制了由于晶界贫铬造成的晶间腐蚀倾向。 微量铌固溶于铁基体中或形成碳化铌第二相，在钢中具有阻止晶粒长大、抑制形变奥氏体再结晶及产生显著的沉淀强化效果等作用；另外NbC、Nb2C等碳化物均是高硬度相，弥散分布于钢中，可以提高钢的强度。 材料的腐蚀、磨损是始自表面的损伤形式。 研究的背景和目的 主要研究内容 ① 在0Cr18Ni9不锈钢基体材料表面等离子渗铌工艺研究； ② 含铌改性层的组织、结构、成分的研究； ③ 含铌改性层用抗晶间腐蚀、抗点腐蚀、抗均匀腐蚀性能研究； ④ 含铌改性层硬度及其磨擦学性能研究。 实验工艺与方法 实验采用的源极及基体材料 源极材料:纯度为99.99%的铌板，尺寸为400mm×400mm×5 mm； 工件极:0Cr18Ni9不锈钢棒材作为基体材料。试样尺寸为Φ18mm× 4mm. 实验工艺与方法 实验设备 试验设备采用表面所自行设计生产的双辉等离子渗金属炉。该设备主要包括炉体、电器柜（阴极源极各用一个）、真空系统、送气系统、测温系统等。电器柜采用武汉离子化学热处理研究所设计制造的型号为LD-15直流电源，电流范围为1-15A，最大输出功率为23KW。采用WDL-3型光学高温计测量工作温度，温度测量范围为600-1200℃。采用D08-1A/2M型流量计控制气体流量。 实验工艺与方法 实验工艺与方法 源极、阴极布置方式 本试验源极采用吊挂方式，基体试样放置在阴极台上，外围设置为辅助阴极。 实验工艺与方法 渗金属工艺参数 极间距18mm； 阴极电压：450-600V； 源极电压：700-900V； 工作气压：30Pa、50Pa、65Pa、80Pa； 保温温度：1050℃、1100℃、1150℃； 保温时间：1.5h、3 h、4.5 h。 实验工艺与方法 渗层的显微组织、成分及相结构的分析 采用AXIOVERT25 CA(Zeiss)图像分析仪进行显微组织观察；采用辉光放电光谱仪GDA750来测定试样渗层各种元素的含量Rigaku D/max 2500型X射线衍射仪对渗层的相结构进行分析。采用Leco M-400-HI型显微硬度计检测渗层截面显微硬度 。 实验工艺与方法 合金化层性能检测 1.采用不锈钢10% 草酸侵蚀试验方法检测不锈钢的晶间腐蚀性能； 2.采用3.5% NaCl不锈钢点蚀电位测量方法评价不锈钢的点腐蚀性能进行对比； 3.用浸泡失重法检测不锈钢在质量分数为3.5% NaCl、10% H2SO4、10% HCl溶液中的均匀腐蚀性能； 4. 用球-盘摩擦磨损试验评价不锈钢的摩擦磨损性能。 等离子铌合金化工艺参数优化 等离子铌合金化工艺参数优化 气压对渗层的影响 等离子铌合金化工艺参数优化 等离子铌合金化工艺参数优化 保温时间的影响 等离子铌合金化工艺参数优化 本章小结 综上所述，本试验选取的工艺参数如下： 极间距：18mm； 阴极电压：450-600V； 源极电压：700-900V； 工作气压： 80Pa； 保温温度： 1100℃； 保温时间： 3 h。 典型表面合金化层的成分、组织、结构 典型表面合金化层的成分、组织、结构