表面納米化預(yù)處理對(duì)316L不銹鋼滲氮層摩擦學(xué)性能的影響

316L不銹鋼具有良好的抗腐蝕、抗氧化和耐高溫等性能，廣泛應(yīng)用于航空、航天、交通運(yùn)輸、化工等領(lǐng)域。但因其硬度低、耐磨性較差，在常規(guī)的服役條件下常因表面磨損而過(guò)早失效，使其推廣應(yīng)用范圍受到了一定限制。雖然316L奧氏體不銹鋼不能像一般鋼鐵材料通過(guò)相變熱處理進(jìn)行強(qiáng)化，但其表面具有很高的加工硬化指數(shù)和良好的被改性響應(yīng)性，因此可應(yīng)用表面工程技術(shù)來(lái)改善316L不銹鋼表面的耐磨性能。

離子滲氮技術(shù)具有滲層均勻、工藝簡(jiǎn)單、重復(fù)性好以及無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。離子滲氮是一個(gè)擴(kuò)滲過(guò)程，經(jīng)氮化處理的制品具有優(yōu)異的耐磨性、耐疲勞性、耐蝕性及耐高溫的特性，但是為了加速擴(kuò)散而采取的高溫加熱又往往帶來(lái)心部強(qiáng)度下降和變形等副作用，同時(shí)也存在著滲氮層淺、硬度低且硬度梯度大導(dǎo)致表面層容易發(fā)生殘余壓應(yīng)力的松弛和表面層剝落等問(wèn)題，成為制約該項(xiàng)技術(shù)推廣應(yīng)用的瓶頸。

金屬材料經(jīng)表面納米化處理后可產(chǎn)生大量的晶界和位錯(cuò)等缺陷，在提高金屬材料表層的強(qiáng)度、硬度的同時(shí)，能為原子在材料表面擴(kuò)散提供通道，有利于表面化學(xué)元素的滲入。同時(shí)表面納米化能使材料表面的化學(xué)活性顯著提高，有利于化合物的形成，可大大降低金屬材料表面滲氮處理溫度和縮短處理時(shí)間。因此，如果將表面納米化技術(shù)和離子滲氮工藝結(jié)合起來(lái)對(duì)316L不銹鋼表面進(jìn)行復(fù)合強(qiáng)化處理，將有望克服常規(guī)離子滲氮存在的問(wèn)題與不足，改善316L不銹鋼表面的摩擦磨損性能。研究表明：

（1）利用超聲滾壓技術(shù)對(duì)316L不銹鋼表面進(jìn)行納米化處理后，表層組織結(jié)構(gòu)由奧氏體+馬氏體組成。晶粒尺寸由原始試樣36μm細(xì)化為19nm，顯微硬度由190HV提高到340HV。這種表面強(qiáng)化層可增強(qiáng)滲氮試樣的催滲效能和提高對(duì)滲氮層的支撐強(qiáng)度。

（2）在相同的離子滲氮工藝條件下，USRP處理后滲氮層和直接滲氮層均由S、γ’、ε相和CrN組成，平均厚度均約為20μm。USRP處理后滲氮層的平均含氮量為15.79%，是直接滲氮層含氮量5.48%的2.88倍。表面硬度1100HV0.5N是直接滲氮層950HV0.5N的1.15倍。滲氮試樣硬度呈梯度變化的特點(diǎn)可充分發(fā)揮材料的優(yōu)異性能。