【摘 要】
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精密微型316不锈钢内齿轮是用于手机、电脑、无人机等微型照(摄)像头自动对焦、聚焦等的重要零件,但其硬度低、不耐磨,磨损后会导致成像质量下降,因此必须进行强化处理。本文以316不锈钢为研究对象,利用OM,SEM,LSCM,EPMA,XRD,VSM,维氏硬度仪,摩擦磨损试验机和电化学工作站,研究了离子渗氮(PN)、离子渗碳(PC)、离子氮碳共渗(PNC)三种离子扩渗强化工艺对316不锈钢组织和性能的
【基金项目】
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华南理工大学与深圳市华宇发真空离子技术有限公司的合作项目,课题名称是精密微型316不锈钢内齿轮离子扩渗强化工艺及其应用研究
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精密微型316不锈钢内齿轮是用于手机、电脑、无人机等微型照(摄)像头自动对焦、聚焦等的重要零件,但其硬度低、不耐磨,磨损后会导致成像质量下降,因此必须进行强化处理。本文以316不锈钢为研究对象,利用OM,SEM,LSCM,EPMA,XRD,VSM,维氏硬度仪,摩擦磨损试验机和电化学工作站,研究了离子渗氮(PN)、离子渗碳(PC)、离子氮碳共渗(PNC)三种离子扩渗强化工艺对316不锈钢组织和性能的影响,优化出最佳工艺,应用于精密微型316不锈钢内齿轮的生产中。具体结论如下:(1)研究了PN、PC和PNC三种工艺对316不锈钢组织和性能的影响,优选出最合适的离子扩渗工艺为PNC,但处理后导致316不锈钢耐蚀性能下降。测试了三种工艺下316不锈钢的组织结构、硬度、脆性、耐磨耐蚀性能及磁性能,结果表明:PN渗层表面主要为γN相,PC主要为γC相,PNC渗层内层是γC层,外层是γN层;三种工艺都改善了316不锈钢的耐磨性能,PNC耐磨性最佳(约为PN和PC的2倍),且脆性小;三种工艺都降低了316不锈钢的耐蚀性能,PNC下降最少,一是由于内层富碳层能在外层富氮层受到侵蚀后起到保护作用,二是由于PNC渗层均匀,减轻了微电池的腐蚀作用;PN处理后316不锈钢的磁性显著增强,PC和PNC试样的磁性质不改变,按照PC、PNC、PN的顺序,晶格膨胀程度加剧,与PNC相比,PN试样表现出更弱的Cr与N间相互作用及略大的晶格膨胀,磁性却显著增强,诱发顺磁到铁磁转变的最主要因素为晶格膨胀,磁相变临界晶格膨胀率为4.1%~5.5%,次要因素为Cr与N之间的相互作用。(2)对适于316不锈钢内齿轮的PNC强化工艺进行了优化,得出:最佳处理温度为390℃,最佳保温时间为6h。以处理温度和保温时间为研究变量,分析了PNC工艺参数影响316不锈钢结构性能的机理,研究表明:扩散系数与处理温度呈指数关系,温度升高,扩散系数增大,渗速提高;但当温度>390℃,渗层析出CrN,基体贫铬,耐蚀性能降低。优化出的处理温度为390℃。保温时间与扩散深度的平方成正比,当保温时间≤6 h,渗速增长较快;当保温时间>6 h,N、C原子在表面的过度堆积束缚了扩散驱动力,渗速增长放缓,同时,CrN析出加剧,耐蚀性能恶化。优化出的保温时间为6 h。(3)对优化出的PNC强化工艺进行了生产验证,按最佳工艺施镀,精密微型316不锈钢内齿轮齿面渗层厚度为27μm,表面硬度为1108 HV0.05,脆性等级为1级,48 h盐雾试验后没有生锈,室温磁滞曲线未观察到明显的磁滞现象,满足技术及生产要求。
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