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作者：

武计强

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摘要：

离子渗氮又称辉光渗氮,是一种利用辉光放电现象将活性氮原子渗入材料内部,强化钢材表面性能的一种化学热处理技术。探索和研究以离子渗氮为基础的复合工艺是该领域的热点,本项课题研究了后氧化和离子氮氧共渗复合处理工艺,有效提高了渗层的综合性能。本文选用调质态42CrMo钢作为实验研究材料,选用普通空气作为后氧化和氮氧共渗的氧气源,探究后氧化和离子氮氧共渗的作用及机理。采用光学显微镜、维氏硬度计、电化学测试工作站等测试仪器对复合处理后42CrMo钢复合渗层组织、厚度、外观形貌及耐蚀性进行了测试和分析。同时,研究了不同空气流量对42CrMo钢离子氮氧共渗组织与性能的影响。研究发现,42CrMo钢离子渗氮试样经空气后氧化处理,在原氮化层表面生成一层厚1-2μm、由Fe3O4和Fe2O3两物相组成的氧化层,且两种氧化物比值由后氧化工艺参数决定,400℃+60min后氧化时生成的氧化层Fe3O4含量最大、耐蚀性最佳,其原因是该条件下生成Fe3O4的吉布斯自由能较小。结果还发现随后氧化时间延长或温度升高,离子氮化层厚度逐渐减薄。空气流量3L/min为最佳后氧化工艺条件,所得复合渗层综合性能最优。添加不同流量空气对42CrMo钢进行离子氮氧共渗处理后发现:普通空气可以作为离子氮氧共渗氧气源,且添加适量空气可大大提高42CrMo钢离子渗氮速度。离子氮氧共渗处理后化合层厚度比常规离子渗氮厚度提高50%以上,有效硬化层深度提高100μm以上,表面硬度最大达到790HV0.05,比常规离子渗氮提高60 HV0.05,硬度梯度更加平缓。渗层中含微量Fe3O4,起到提高耐蚀性的效果。同时,研究发现,空气流量0.3L/min为最佳离子氮氧共渗工艺参数。

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关键词：

42CrMo钢 离子渗氮后氧化 耐蚀性 氮氧共渗 吉布斯自由能 AISI 4140 steel plasma post-oxidation corrosion resistance plasma oxynitriding Gibbs free energy