Q235表面氮铬包共渗层的组织及性能研究
CrNx是目前可供选择的同时具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性及抗高温氧化性等性能的涂层材料。本课题研究采用包渗法，在1100℃进行氮铬共渗，使Q235表面形成CrNx层，以同时提高Q235的表面硬度和抗腐蚀性能。包渗剂采用Cr2N粉为氮铬共渗提供N和Cr; NH4Cl为催渗剂;Al2O3粉为填充剂和防粘结剂;Cr粉为添加剂。 通过XRD和SEM/EDS技术分别分析包渗粉料成分和保温时间对Q235表面渗层结构的影响。结果显示渗剂组分中Cr2N粉和Cr粉含量的变化可导致Q235表面产生三种结构的涂层:Cr2N层—富含Cr的扩散层（有含N的细条形析出物）;(Cr，Fe)2N1-X层—Cr的沉积层—富含Cr的柱状晶层;Cr2N层—富含Cr的柱状晶层。确定获得最佳Cr2N层—富含Cr的扩散层的渗剂成分为82Al2O3-8Cr2N-8Cr-2NH4Cl(wt.％)。随后，研究了在该渗剂条件下，保温时间对氮铬包共渗层组织结构的影响。当保温时间为0.5～4h时，表面Cr2N层的厚度随保温时间的延长呈抛物线型增长。当保温时间超过4h后，表面Cr2N层厚度不再增长，富Cr的扩散层内的析出物变粗大。最后，确定采用82Al2O3-8Cr2N-8Cr-2NH4Cl(wt.％)的包渗剂，在1100℃下保温4h为最佳的包渗工艺。Q235采用最佳包渗工艺，表面显微硬度值硬度高于1800HV，且表面Cr2N层硬度为25～31GPa。在三种不同表面涂层的系列样品中，分别选出一个具有代表性的样品，与Q235进行电化学和浸泡腐蚀试验。结果表明，三组具有代表性的样品抗腐蚀性能明显优于Q235。涂层结构为(Cr, Fe)2N1-X层—Cr的沉积层—柱状晶层的样品，抗腐蚀性能最好;而涂层结构为Cr2N层—富含Cr的扩散层的样品，由于富Cr层内含有析出物，导致该样品在PH=2的HCl溶液中的抗腐蚀性较差。 最后，研究了不同基体材料表面的氮铬共渗层组织结构。AISI204奥氏体不锈钢采用(75Al2O3-15Cr2N-10Cr)-2NH4Cl(wt.％)的渗剂成分，在1100℃下保温6h后，表面形成Cr2N层—富含Cr的扩散层;表面Cr2N层厚度可达40μm，硬度高于1800HV;富含Cr的扩散层内没有出现析出物。Fe-2％Cr-1％Mo合金的氮铬共渗层结构与Q235类似。Q235表面的Cr2N层最均匀致密;AISI204和Q235的表面Cr2N层硬度均高于Fe-2％Cr-1％Mo。
普通碳素结构钢;氮铬共渗;表面硬度;抗腐蚀性能
武汉科技大学
硕士
等离子体物理
向志东
2013
中文
TG142.31
59
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）