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纳米晶体材料以其结构独特,性能优异而备受关注。但是由于制备纳米块状材料缺乏有效的技术,纳米块状材料的运用受到一定的限制,金属材料通过表面的自身纳米化处理可以在表面获得纳米晶组织。本课题在普通的喷丸机上增加增压装置,采用增压喷丸技术对35钢进行轰击处理,使35钢表层获得纳米晶层组织。利用XRD、透射电镜、扫描电镜、显微硬度仪和粗糙度仪分别对样品的物相组成,微观组织结构和力学性能进行了测试和分析,探讨了表面纳米结构形成的机理。
气体软氮化具有处理温度低,渗层性能高等特点,而且气体软氮化过后的零件,即使再加热到软氮化温度附近,零件表面硬度也不会降低,而在工业上广泛运用。由于纳米结构的大量晶界及位错等缺陷为其扩散提供了重要的通道;另一方面表面的强烈塑性变形增大了晶界的体积分数,提高了原子的扩散速率。
在倡导节能环保的今天,将表面纳米化技术与传统的热处理技术相结合,利用纳米结构的优异性能来缩短渗氮周期,对表面纳米化后的试样进行0.5h、1h、2h、3h的软氮化处理。利用金相显微镜,XRD,扫面电镜,电子探针,显微硬度仪,摩擦磨损机,电化学工作站对渗氮层的成分以及氮化层的性能进行了分析和探讨。研究的结果表明:
(1)在喷丸压力为0.65Mpa,喷丸时间为30min,喷距为11cm,摆角为45°的条件下35钢表面能形成晶粒大小约为10nm,厚度大约为40μm的纳米晶层,对电子衍射花样进行标定,各晶粒的晶体学取向随机,晶粒分布均匀。
(2)经过30min增压喷丸处理后试样的表面硬度比基体的硬度值提高了近1倍,在不同时间喷丸处理中,30min的喷丸处理时间后表面粗糙度最佳。
(3)经过喷丸时间30min,在550℃强渗阶段保温2H,在570扩散阶段保温1H,获得的氮化层厚度为140m,硬度达到573.5HV0.05。
(4)增压喷丸软氮化处理后,在距离表面大约20μm范围内氮含量呈梯度分布,最高含氮量并不是出现在表面,同时表面纳米化组织对碳元素在低温的渗入也有促进作用。
(5)在油润滑的条件下进行的摩擦磨损实验发现在100N的载荷条件下,喷丸软氮化的摩擦因数最小,表面纳米化的次之,原始试样的摩擦因数最大;当载荷增加到200N时,摩擦因数降低。软氮化后表面的磨损痕迹只是平行的小沟槽,表面纳米化软氮化试样明显地提高了抗磨性能。
(6)通过电化学腐蚀极化实验表明表面纳米化降低了试样的抗腐蚀性能,而经过表面纳米化的气体软氮化试样,能够形成明显的钝化区,维钝电位范围广0.1175~0.5336,维钝电流密度低,是原始试样的大约1/10.腐蚀性能好。