Q235辉光等离子渗Nb及CrNb共渗的工艺及改性层性能研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文Q235辉光等离子渗Nb及Cr-Nb共渗的工艺及改性层性能研究姓名：周朴申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：徐重20090301南京航空航天大学硕士学位论文摘要Q235钢具有良好的机械加工性能,塑性、韧性较好，且价格低廉，常运用于制造较重要的机械零件和石油化工机械中；随着石油化工等的迅速发展，设备装置所处的工况条件也越来越苛刻，对其腐蚀破坏程度也越来越大。同时对表面硬度、耐磨性能也要求越来越高。Nb元素属于体心立方结构，化学性能非常稳定，在常温下的空气中不与氧作用，具有耐高温，耐酸性，抗疲劳等性能，

2、有钢铁维生素之称。在铁素体不锈钢中，应用Nb的钢种最多，在生产实际中用Nb量也最多，主要用于汽车排气系统、石油、发电以及家电、建筑等等。利用表面处理技术在Q235基合金表面形成Nb和Cr-Nb改性层是提高其摩擦学性能、抗腐蚀性能和抗高温氧化能力的重要手段；但常规的表面处理技术，如物理气相沉积、离子注入等获得的改性层，由于改性层太薄对基体的耐磨、耐蚀性能提高有限，另一方面，在高温高载荷、高滑动速度条件下，以上改性层往往由于改性层厚度不够、抗高温氧化能力差、韧性不足或结合强度低等问题而易导致失效。针对上述问题，本文提出采用双层辉光等离

3、子渗金属技术，在Q235基合金表面形成渗Nb及Cr-Nb共渗的改性层，随后用OM，EDS，XRD，SEM分析了改性层的显微组织、化学成分及其相组成，并测试了其表面弹性模量、表面显微硬度、高温和常温摩擦磨损性能、耐蚀性能以及抗高温氧化能力。通过系统研究了各工艺参数对合金层形成的影响，得出了等离子渗Nb的优化工艺参数为：温度：T=950℃～1000℃；时间：t=3h；气压：P=45Pa，极间距：d=16mm；源极电压：Vs=900～1000V；阴极电压：Vc=300～450V。Cr-Nb共渗的优化工艺参数为：温度：T=950℃；时间：

4、t=3h；气压：P=35Pa，极间距：d=16mm；源极电压：Vs=950～1000V；阴极电压：Vc=350～500V。在此条件下形成的表面改性层与基体为完全冶金结合，其成分由表层向基体内部呈梯度分布。表面XRD衍射结果表明，渗Nb合金层主要以Fe2Nb、NbC和Nb等形式存在，表面最高硬度达556.2HV0.025；Cr-Nb共渗改性层的渗层以Cr2Nb、Fe2Nb、Cr7C3和Cr等相为主，表面最高硬度达620HV0.025；渗Nb试样和Cr-Nb共渗试样硬度均由表面向内呈梯度分布。酸溶液和NaCl溶液中浸泡试验及电化学腐蚀

5、试验均表明渗Nb和Cr-Nb共渗后耐蚀性有不同程度的提高。球盘磨损试验表明Fe-Nb合金层和Fe-Cr-Nb合金层摩擦系数较基体降低，磨损体积、比磨损率较基体都有大幅度下降，因此耐磨性得到了较大提高。氧化试验表明在600℃和800℃Fe-Nb合金层、Fe-Cr-Nb合金层较基体高温抗氧化性能显著提高。关键词：双辉辉光，渗Nb，摩擦磨损，腐蚀，高温氧化IQ235辉光等离子渗Nb及Cr-Nb共渗的工艺及改性层性能研究ABSTRACTQ235steelhaswideapplicationprospectinengineeringfiel

6、d,petrochemicalindustryandsoonduetoitsgoodmachiningproperty,goodplasticity,goodductilityandcheapness.Butwithspeeddevelopmentofpetrochemicalindustry,theconditionitworksisbecomingmoreandmoreslashing,sothecorrosionresistanceismoreimportant,alsowithsurfacehardnessandwear-

7、resistingproperty.Withthecalled“vitaminofsteel”,niobiumhasstablechemicalperformance,includinghightemperatureresistance,acidresistance,anti-fatigueperformanceandsoon.Niobiummicroalloyingsteelsaremainlyusedinthecar'sexhaustsystem,petroleum,constructandsoon.Surfacetreatm

8、enttechniquesareveryeffectivewaystoimprovetribologicalproperties,corrosionresistanceandhigh-temperatureoxidationresistanceof