42CrMo钢液相等离子电解碳氮共渗耐磨性研究
本文以乙醇胺体系溶液作为电解液对42CrMo钢的液相等离子碳氮共渗工艺进行探索,通过正交试验优化42CrMo钢的液相等离子碳氮共渗工艺参数。对最优工艺条件下获得的共渗层进行耐磨性能研究。处理后试样采用蔡司金相显微镜观察试样渗层截面组织;通过扫描电子显微镜观察试样表面形貌;由XRD与EDS分析共渗层相结构组成和共渗层元素成分分布;利用显微硬度仪与电化学工作站来表征渗层的硬度和耐腐蚀性能;通过实验结果确定工作电源的选择并探讨工作电压、处理时间对共渗层厚度的影响。利用蔡司金相显微镜和扫描电镜观察、X射线物相分析、扫描电镜能谱仪元素分析、激光共聚焦显微镜成像、MGG-02型号微机控制高温往复摩擦磨损试验机等方法对共渗层耐磨性能分析研究。 研究结果表明:在乙醇胺-氯化钾电解液中采用非脉冲直流电源采用液相等离子电解工艺可以实现42CrMo钢以渗碳为主的碳氮共渗。在一定的范围内,碳氮共渗层厚度随着处理时间的延长、工作电压的升高而增加。 碳氮共渗层由外白亮层、内白亮层和扩散层组成,白亮层厚度明显高于扩散层厚度。共渗层内碳、氮元素原子以铁-碳、铁-氮化合物的形式存在。共渗层中氮元素含量从表面至基体距离增加而降低,而共渗层中的碳元素在外白亮层和扩散层较高,在内白亮层含量低。 共渗层的硬度由表面至基体呈现由高降低再升高的趋势,其中共渗层在内白亮层处硬度最低,在扩散层处硬度最高,最高硬度可以达到651HV,经过共渗处理后试样具有耐腐蚀性良好的ε-Fe(2-3)N相,腐蚀电流密度为6.564×10-6A/cm2,较基体的腐蚀电流减少1个数量级。 经过液相等离子碳氮共渗(PEC/N)处理后试样表面的粗糙度增加,当试样表面获得多孔疏松连续的轰击表面时具有较高的碳、氮含量。碳氮共渗工艺参数中电压对共渗层厚度的影响最为明显,其次是处理时间,溶液浓度和盐浓度。共渗层的最优工艺参数为含2％KCl,50％浓度乙醇胺溶液作为电解液,工作电压超出起弧电压21V,处理时间15min。 液相等离子碳氮共渗工艺可以有效提高42CrMo钢的耐磨性能,在经过液相等离子碳氮共渗处理形成的共渗层中外白亮化合物层的耐磨性能优于内白亮化合物层的耐磨性能。
超高强度钢;液相等离子电解;碳氮共渗处理;耐磨性能
内蒙古科技大学
硕士
冶金工程
赵文广
2014
中文
TG156.82;TG162.81
67
2014-10-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）