AISI316奧氏體不銹鋼等離子體源滲氮及其耐磨抗蝕性能

當(dāng)今，系列低溫滲氮改性技術(shù)，如低溫氣體/離子滲氮、氮離子淹沒注入及等離子體基低能離子注入等，已成功地應(yīng)用于改性奧氏體不銹鋼，使其耐磨抗蝕復(fù)合性能得到了提高，但在關(guān)于γN相改性層耐磨蝕方面的報道差異性較大，在均勻腐蝕性方面甚至出現(xiàn)了相互矛盾的結(jié)果。

這表明改性后的奧氏體不銹鋼表層形成的γN相改性層的摩擦和腐蝕行為十分復(fù)雜，目前對其耐磨抗蝕機理還未完全掌握。

為此，研究人員采用等離子體源滲氮技術(shù)，在AISI316奧氏體不銹鋼表面制備了γN相改性層，研究了干摩擦條件下γN相改性層/Si3N4陶瓷球的摩擦磨損行為及其在3.5%NaCl溶液中的電化學(xué)腐蝕行為，并探討了其耐磨抗蝕機理。

試驗基材為AISI316奧氏體不銹鋼，化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：0.06%C，1.86%Mn，19.23%Cr，11.26%Ni，2.26%Mo，F(xiàn)e余量；尺寸為Φ20mm×60mm?；w經(jīng)SiC金相砂紙打磨后，用粒度為1.5μm的金剛石拋光膏拋光，于丙酮溶液中超聲清洗15min，超聲波功率0.2kW；冷風(fēng)吹干。

等離子體源滲氮裝置：以厚度為2mm的AISI304奧氏體不銹鋼制成Φ400mm×400mm金屬屏作陰極，其上均勻分布1000～1500個Φ16mm孔，并與直流脈沖電源負(fù)極相接；工作臺直徑為300mm，可調(diào)整為直流偏壓電位或懸浮電位。脈沖等離子體由爐體和陰極共同作用產(chǎn)生，作為等離子體源向工件表面提供滲氮所需的溫度和活性粒子。工藝參數(shù)：滲氮溫度為450℃，純NH3的工作氣壓為300Pa，試樣置于懸浮電位，處理6h。試驗研究結(jié)果表明：

（1）AISI316奧氏體不銹鋼于450℃，6h等離子體源滲氮后，獲得了單一的高氮面心結(jié)構(gòu)γN相改性層，其厚度約為17μm，峰值氮濃度達20%（原子分?jǐn)?shù)），最大顯微硬度為1510HV0.1N。

（2）干摩擦條件下，γN相改性層的磨損機制由奧氏體不銹鋼的黏著磨損轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸p，摩擦系數(shù)由0.88降低至0.65，磨損體積由0.13mm3降低到9.50×10-3mm3，耐磨性能的提高歸因于其表層具備了高硬度和高承載能力。

（3）在3.5%NaCl溶液中，γN相改性層的自腐蝕電位比奧氏體不銹鋼提高了224mV，維鈍電流密度約低一個數(shù)量級，且未發(fā)生點蝕現(xiàn)象；γN相改性層鈍化膜的容抗弧直徑和相位角值均增大，電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct由原奧氏體不銹鋼的1.006×105Ω·cm2增至1.377×106Ω·cm2，，雙電層電容Cdl由88.4μF/cm2降低至77.8μF/cm2，說明γN相改性層的鈍化膜致密性增加，表現(xiàn)為近純電容特性。