【摘 要】
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离子渗氮是将工件置于辉光放电的真空炉体内,以工件为阴极,炉体内壁或另设金属板作为阳极,容器内通入稀薄的含氮气体,在直流高压电场作用下,使气体原子电离成离子,离子以高速轰击工件阴极表面,并在工件表面失去能量被吸收,向内部扩散形成渗氮层的过程.离子渗氮具有如下优点：(1)利用离子的溅射作用对工件进行加热,处理温度范围广,可在较低温度下实现离子氮化,因此处理后工件变形小.(2)可通过控制氮气和氢气的比例
【机 构】
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常州大学江苏省表面工程科学与技术重点实验室,江苏常州 213164 常州大学江苏省表面工程科学与技
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离子渗氮是将工件置于辉光放电的真空炉体内,以工件为阴极,炉体内壁或另设金属板作为阳极,容器内通入稀薄的含氮气体,在直流高压电场作用下,使气体原子电离成离子,离子以高速轰击工件阴极表面,并在工件表面失去能量被吸收,向内部扩散形成渗氮层的过程.离子渗氮具有如下优点：(1)利用离子的溅射作用对工件进行加热,处理温度范围广,可在较低温度下实现离子氮化,因此处理后工件变形小.(2)可通过控制氮气和氢气的比例调节化合物层相的组成,从而获得预期的机械性能.(3)清洁无污染,节省能源,被誉为"绿色热处理方法".然而,现有离子渗氮技术存在生产周期长,效率偏低的问题,如何通过技术手段提高离子渗氮效率是值得深入系统研究的课题.选用42CrMo钢作为研究材料,研究空气预氧化对42CrMo钢离子渗氮的催渗作用及机理.运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪、金相显微镜(OM)和显微硬度计等,对改性后的42CrMo钢渗层组织、表面形貌、渗层硬度、表层相结构、元素分布等进行了测试和分析.研究结果表明,1.预氧化对离子渗氮具有明显的催渗作用,最佳催渗效果的预氧化工艺为300℃+30 min；是普通离子渗氮化合物层厚度的2倍以上；有效扩散层厚度达到最大值570 μm,比传统离子渗氮的有效扩散层厚度显著提高.2.最佳工艺预氧化后材料表面形成了大量均匀分布的纳米级氧化物颗粒,并伴随有微裂纹、孔洞,同时接触角最小、表面自由能最大.3.最佳工艺条件下预氧化形成的氧化物,在离子渗氮阶段可较好的转化为氮化物.4.最佳工艺预氧化后离子渗氮,表面耐蚀性得到提高.5.动力学分析表明,相比于普通离子渗氮,预氧化后离子渗氮具有较小的扩散激活能.综上,预氧化对离子渗氮的主要催渗机理可能是表面纳米氧化物颗粒和微裂纹、孔洞的形成,一方面有利于活性氮原子的吸附,促进化合层的形成,另一方面为氮原子提供的扩散通道,有利于扩散层的增加.
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