碳钢脉冲单电源等离子渗铬及铬镍共渗的研究

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大量铬、镍元素加入钢中的目的之一,是为了制备不锈钢提高耐蚀性能。但这两种资源的储量有限,价格昂贵,因而减少铬镍资源消耗,在普通碳钢表面形成不锈钢成为近年来研究的新热点。本文采用脉冲单电源等离子渗金属技术,在Q195钢表面进行等离子渗铬及铬镍共渗,形成含铬及铬镍的表面合金层,利用扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)、X射线衍射仪等,分析了渗铬及铬镍共渗层的表面形貌、成分分布、微观组织、相组成等,并利用三电极体系测量所得的表面合金层在酸、碱、盐溶液中的极化曲线。所获试验结果如下:
　　1、渗铬工艺及渗层耐腐蚀性:
　　(1)渗铬层表面相组成为铁铬固溶体,渗铬层为白亮层,与基体间有一条明显的反应扩散线,说明发生相变扩散。表面含铬量均在9％以上,最高可达21.4%。渗层厚度最大可达180μm。
　　(2)一定范围内,随着气压的升高,渗层厚度和表面含铬量增加,当气压超过35Pa,渗层厚度和表面含铬量反而下降。随着保温时间的延长,渗层厚度和表面含铬量均增加。随着电压的升高,渗层厚度和表面含铬量增加,但电压高于750V时,由于反溅射严重,而增加不大。随着温度的升高,渗层厚度和表面含铬量增加。
　　(3)在1mol/L的H2SO4、1mol/L的HNO3、1mol/L的NaOH和3.5% NaCl溶液中,与未经处理的试样相比,渗铬试样的耐蚀性分别提高了4.86、53.35、13.75、10倍。
　　(4)经盐雾腐蚀实验表明,未经处理试样表面腐蚀严重,而渗铬试样表面状态良好。渗铬试样的耐蚀性要优于未经处理试样。
　　2、铬镍共渗层组织及耐腐蚀性:
　　(1)铬镍共渗层主要相组成为 Fe-Cr-Ni固溶体。铬镍共渗层表面呈上凸均匀的胞状组织,排列致密。晶粒大小均匀,小于5μm。
　　(2)在1mol/L的H2SO4、1mol/L的HNO3、1mol/L的NaOH和3.5% NaCl溶液中,与未经处理的试样相比,铬镍共渗试样的耐蚀性分别提高了90、658、3.67、2.3倍。
　　3、渗铬及铬镍共渗的扩散动力学分析及计算:
　　(1)与普通气体渗金属方法相比,等离子渗金属技术所产生的空位浓度要高102~105倍,扩散系数要高约2个数量级,扩散激活能约低50kJ,因而该技术渗入速度快,生产周期短。
　　(2)渗层随着距表面扩散距离的增加,各元素的扩散激活能增大,扩散系数减小。
　　(3)与单元渗铬相比,二元铬镍共渗增加了铬元素的利用率,但使元素的扩散速度降低了约3个数量级,从而使表面合金含量增加,渗层厚度减小。
　　4、等离子铬镍共渗源极理论设计与计算表明:
　　如果拟在普通碳素钢Q195钢表面进行铬镍共渗,表面达到18-8不锈钢成份,理论上源极成分应设计为Cr65Ni35(重量百分比)。
　　5、在法兰产品的应用表明:经渗铬和铬镍共渗的法兰具有良好的耐大气腐蚀性。

著录项

作者
陈选楠;
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作者单位

桂林电子科技大学;

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授予单位桂林电子科技大学;
学科材料加工工程
授予学位硕士
导师姓名高原;
年度 2011
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类表面合金化（渗镀）;
关键词
不锈钢; 脉冲单电源等离子渗金属技术; 铬镍共渗层; 微观组织; 相组成;

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