張向峰，龔代濤，王 均，邱紹宇，李 聰

(1.四川大學(xué) 制造科學(xué)與工程學(xué)院，成都 610065；2.中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300；3.反應(yīng)堆燃料及材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院)，成都 610041；4.上海核工程研究設(shè)計(jì)院，上海 200233)

不銹鋼低溫鹽浴表面氮化技術(shù)發(fā)展與現(xiàn)狀

張向峰1，龔代濤2，王 均1，邱紹宇3，李 聰4

(1.四川大學(xué) 制造科學(xué)與工程學(xué)院，成都 610065；2.中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300；3.反應(yīng)堆燃料及材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院)，成都 610041；4.上海核工程研究設(shè)計(jì)院，上海 200233)

不銹鋼具有良好的耐蝕性、韌性和可加工性，但其硬度低、耐磨性差，嚴(yán)重制約了其在有磨損腐蝕要求環(huán)境體系中的應(yīng)用.為了提高不銹鋼的抗磨損性能，通過(guò)低溫活性鹽浴表面處理技術(shù)提高其耐磨性的同時(shí)不降低其耐蝕性，使得其在具有磨損的腐蝕介質(zhì)環(huán)境中能夠提高其抗磨損性能而不被腐蝕，可延長(zhǎng)其使用壽命.本文系統(tǒng)地介紹了低溫活性鹽浴表面氮化處理技術(shù)的發(fā)展、原理及應(yīng)用和處理后表面氮化層的特點(diǎn)、組織和表面性能.低溫活性鹽浴表面處理后，表層活性N原子擴(kuò)散在奧氏體間隙中形成過(guò)飽和固溶體的S-相，產(chǎn)生特殊的位錯(cuò)-應(yīng)力FCC結(jié)構(gòu)，使得奧氏體晶格發(fā)生嚴(yán)重變形，不但提高了其腐蝕性，同時(shí)大大提高了其硬度，使得不銹鋼硬度能夠達(dá)到1 000 HV0.1，其抗磨損性能亦得到了顯著提高.

鹽浴氮化；不銹鋼；低溫；磨損；耐蝕性

隨著現(xiàn)代工業(yè)和科技的發(fā)展，為滿(mǎn)足現(xiàn)代社會(huì)的使用需求，工程應(yīng)用材料也在飛速發(fā)展著.不銹鋼及耐蝕合金就是其中具有代表性且廣泛使用的材料，由于其較高的耐蝕性、塑性和韌性，良好的可焊接性、低溫韌性和無(wú)磁性等性能，且易于加工成各種形狀的鋼材，常用于制造生產(chǎn)化工設(shè)備構(gòu)件、食品機(jī)械、核工業(yè)設(shè)備構(gòu)件.但不銹鋼及鎳基耐蝕合金強(qiáng)度和硬度較低，耐磨損性能不足，抗疲勞性能低，作為重要零件在一定載荷下工作易磨損.因此，在工程應(yīng)用中受到了極大的限制[1].

為了進(jìn)一步擴(kuò)大不銹鋼等耐蝕材料的應(yīng)用范圍，許多研究者致力于在保證不銹鋼原有的耐蝕性能不降低的前提下提高其表面硬度和耐磨性，以延長(zhǎng)其零件在沖刷腐蝕等工況條件下的使用壽命[2].因此，針對(duì)提高不銹鋼耐磨性，使用最為廣泛的表面處理技術(shù)就是表面氮化處理技術(shù).不銹鋼等耐蝕合金表面氮化處理技術(shù)主要有氣體法、離子(注入)法和液體(鹽浴)法[3-5].為了避免形成Cr的化合物而使基體貧鉻后耐蝕性下降，采用在低溫下(350～450 ℃)表面處理技術(shù)已經(jīng)成為不銹鋼表面處理的研究熱點(diǎn).低溫活性鹽浴表面氮化處理作為常規(guī)鹽浴碳氮共滲的重要發(fā)展，近年來(lái)逐漸獲得國(guó)內(nèi)外研究者的重視[6-8].

本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外低溫活性鹽浴表面氮化技術(shù)的研究發(fā)展，簡(jiǎn)要概述了其發(fā)展歷程、技術(shù)特點(diǎn)、氮化原理和國(guó)內(nèi)外應(yīng)用狀況.系統(tǒng)分析了低溫鹽浴氮化后的表面微觀組織結(jié)構(gòu)、硬度、耐磨性及耐腐蝕性能.希望低溫表面氮化技術(shù)在提高材料的表面性能、延長(zhǎng)材料使用壽命方面有更進(jìn)一步的提高和應(yīng)用.

1 低溫活性鹽浴表面氮化技術(shù)

1.1 低溫活性鹽浴表面氮化技術(shù)的發(fā)展

液體滲氮技術(shù)是在材料表面生成一層氮化層，使得材料表面硬度和耐磨性得到提高[9].從最開(kāi)始使用有毒氰化鹽，逐步發(fā)展到現(xiàn)在所使用的無(wú)毒的氰酸鹽(MeCNO)，液體氮化技術(shù)已經(jīng)歷了1個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展.70年代初，德國(guó)Degussa公司開(kāi)發(fā)了Tenifer工藝，中期法國(guó)HEF研究所又研發(fā)出了Sursulf(硫氮碳共滲)工藝，我國(guó)液體滲氮技術(shù)起步較晚，但發(fā)展迅速，80年代成都工具研究所和武漢材料保護(hù)研究所自主研發(fā)了系列QPQ工藝，目前這3種工藝仍是全球應(yīng)用最為廣泛的液體氮化工藝[10-11].這3種工藝的氮化處理溫度都在550～600 ℃，雖然極大提高了材料表面的硬度及耐磨性能，但溫度較高形成了氮化物或碳化物的沉淀相，導(dǎo)致其耐蝕性降低，難以滿(mǎn)足對(duì)耐蝕性有較高要求的工況，并且由于處理溫度比較高，在對(duì)產(chǎn)品尺寸精度要求高、力學(xué)性能要求嚴(yán)的情況下不容易滿(mǎn)足使用條件.美國(guó)科林公司在上述工藝的基礎(chǔ)上研發(fā)出了QPQ技術(shù),降低了工件表面粗糙度，同時(shí)還可以使得金屬表面的抗蝕性、耐磨性進(jìn)一步提高[12].

1.2 低溫活性鹽浴表面氮化技術(shù)的特點(diǎn)

為了避免表面活性鹽浴處理后不銹鋼表面形成Cr等合金元素的化合物而使基體耐蝕性下降，采用在低溫(350～450 ℃)下表面處理技術(shù)已經(jīng)成為不銹鋼表面處理的研究熱點(diǎn)[13-14].低溫活性鹽浴滲氮技術(shù)作為常規(guī)鹽浴滲氮技術(shù)的重要發(fā)展，近年來(lái)逐漸獲得國(guó)內(nèi)外研究者的重視.與其他低溫表面強(qiáng)化技術(shù)相比，美國(guó)的Case Western Reserve University和Swagelok公司的低溫氣體強(qiáng)化技術(shù)獲得很廣泛的應(yīng)用，但該低溫氣體氮化法采用HCl氣體作為輔助劑，腐蝕性較強(qiáng)，處理周期較長(zhǎng)，且工藝復(fù)雜過(guò)程不易控制，對(duì)設(shè)備要求以及日常維護(hù)要求較高[15].等離子氮化法需要真空，一定氣體電離產(chǎn)生等離子體來(lái)處理工具，制造成本較高，并且有溫度不均勻、設(shè)備限制大、邊緣效應(yīng)明顯的特點(diǎn)[16].相對(duì)于氣體氮化和離子氮化，液體氮化工藝具有溫度場(chǎng)均勻、過(guò)程易于控制、滲速快、效果好、投入設(shè)備及工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，并且低溫液體的流動(dòng)性和溫度均勻性高、工件變形小、滲氮周期短、操作簡(jiǎn)單、能源消耗低、適用性強(qiáng)，使得制件的質(zhì)量均勻性得到保證，特別對(duì)于具有孔洞、異型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件更有實(shí)際使用前景[17-18].但各種鹽組分在低溫鹽浴氮化過(guò)程中會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一些有害的氣體，應(yīng)該過(guò)濾處理，而且處理后的廢鹽溶液應(yīng)該集中處理，避免對(duì)環(huán)境造成影響.

1.3 低溫活性鹽浴表面氮化的原理

低溫活性鹽浴滲氮工藝為了改善材料表層硬度和耐磨性，其原理是在350～450 ℃下將不銹鋼工件放入熔融態(tài)的滲氮鹽中，利用高的氮?jiǎng)菔沟脻B氮鹽中的活性氮原子擴(kuò)散進(jìn)入不銹鋼表層，并固溶到表層不銹鋼的鐵原子間隙中，形成過(guò)飽和的固溶體的氮化層，達(dá)到提高硬度和耐磨性的目的[19-20].隨著氮化技術(shù)的發(fā)展和對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求，在低溫鹽浴氮化過(guò)程中，無(wú)毒的氰酸鹽分解生成的C、N原子會(huì)在工件表面聚集而形成較高的C勢(shì)和N勢(shì)，使得不銹鋼表面與心部之間形成較大濃度差，從而促使C、N原子穿過(guò)Fe的點(diǎn)陣間隙向內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散.因?yàn)镃、N原子半徑遠(yuǎn)小于Fe原子半徑，所以C、N原子在Fe原子間的間隙中擴(kuò)散較易，因而能在不銹鋼表面形成一層碳化層和氮化層[19].

低溫活性鹽浴碳氮共滲過(guò)程中，活性間隙原子來(lái)自于無(wú)毒氰酸根的分解.在鹽浴氮碳共滲中滲氮?jiǎng)┡c堿金屬之間反應(yīng)生成活性氮是最重要的化學(xué)反應(yīng).通常認(rèn)為氰酸根分解是按以下反應(yīng)進(jìn)行的：

(1)

(2)

(3)

在鹽浴中進(jìn)行氮碳共滲時(shí)，反應(yīng)式(1)和(2)是作為2個(gè)競(jìng)爭(zhēng)性反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的，二者共同對(duì)金屬表面起到氮碳共滲作用[19].

1.4 低溫活性鹽浴表面氮化工藝國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

低溫表面氮化處理技術(shù)應(yīng)用范圍廣，適用于各種不銹鋼及鎳基合金、具有面心立方結(jié)構(gòu)的晶體和有Cr、Mo、V等利于形成表面擴(kuò)展奧氏體(S-相)層的元素.低溫活性鹽浴滲氮作為常規(guī)鹽浴滲氮(也稱(chēng)液體氮碳氧共滲技術(shù)或QPQ技術(shù))的重要發(fā)展，近年來(lái)逐漸獲得國(guó)內(nèi)外研究者的重視.日本的Kiyoshi Funatani教授(IFHTSE Fellows)在2010年“ASM-HTS Symposium on Surface Hardening of Corrosion Resistant Alloys”提出，低溫鹽浴滲氮技術(shù)已解決了環(huán)境問(wèn)題，并且對(duì)不銹鋼等合金有高的硬化反應(yīng)速率，是一種極有前途的新型低溫表面處理技術(shù)[20].我國(guó)材料熱處理領(lǐng)域著名專(zhuān)家樊東黎教授近年也撰文呼吁，在當(dāng)前國(guó)家大力號(hào)召在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中節(jié)能減排的形勢(shì)下重視低溫氮化技術(shù)的發(fā)展[17].

成都工具所及武漢材料保護(hù)研究所等是國(guó)內(nèi)最早研制鹽浴滲氮技術(shù)的部門(mén)，但鹽浴滲氮溫度通常為540～600 ℃，這個(gè)溫度區(qū)間高于不銹鋼化合物的析出溫度.為了提高材料的表面硬度，但不降低材料的耐蝕性能.國(guó)內(nèi)外相繼開(kāi)發(fā)出處理溫度能夠低于500 ℃的低溫滲氮技術(shù)，并相繼獲得成功.

日本在低溫鹽浴碳氮共滲方面其早期的處理溫度為430～490 ℃.圖1為445 ℃下對(duì)SUS 304不銹鋼進(jìn)行低溫鹽浴碳氮共滲處理，處理9 h后單相奧氏體層厚度達(dá)到10.5 μm，能得到單相奧氏體結(jié)構(gòu)滲層.處理后材料的耐磨性得到提高，且耐蝕性未見(jiàn)下降.低溫活性鹽浴氮化技術(shù)基本消除了對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)氮化后滲層具有極高的耐磨性、抗蝕性，且工件變形極其微小，因此能夠廣泛應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)、機(jī)械行業(yè)、儀表、刀具、機(jī)床、槍械、磨具等諸多行業(yè).

圖1 SUS304不銹鋼低溫鹽浴氮化后顯微組織形貌

在美國(guó)，低溫氮化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于提高汽車(chē)進(jìn)氣門(mén)、排氣門(mén)等的耐磨性，以取代傳統(tǒng)的鍍硬鉻工藝并取得了成功.日本的Air Water 公司的NVPoiniter低溫滲氮技術(shù)應(yīng)用于螺絲、不銹鋼裝飾產(chǎn)品；韓國(guó)Superlok、Powerlok 用于不銹鋼卡套式接頭；美國(guó)Parker、Swagelok 用于卡套管接頭、閥門(mén)、調(diào)壓閥等產(chǎn)品[2].經(jīng)低溫復(fù)合處理后的氣門(mén)耐磨性是鍍硬鉻氣門(mén)耐磨性的2倍左右.日本幾乎所有的汽車(chē)企業(yè)都采用了液體氮化技術(shù)對(duì)汽車(chē)零件進(jìn)行處理，每年大約有6萬(wàn)噸各種零件采用液體氮化技術(shù)進(jìn)行處理[20].低溫氮化技術(shù)適用于多種材料，被國(guó)內(nèi)外廣泛用于提高各種零件的耐磨性、抗蝕性及解決熱處理變形問(wèn)題等.隨著科技的進(jìn)步和工業(yè)的發(fā)展，液體氮化技術(shù)憑借其優(yōu)良的性能，必將獲得更為廣泛的應(yīng)用.

國(guó)內(nèi)西安交通大學(xué)付濤教授、青島科技大學(xué)趙程教授采用M2CO3(M主要為堿金屬元素)、CO(NH2)2和一些微量添加元素等，在450 ℃對(duì)304L奧氏體不銹鋼進(jìn)行鹽浴氮化，CNO-物質(zhì)的量濃度為38%，處理后不銹鋼的硬度達(dá)到780 HV，但其抗均勻腐蝕能力略有降低[19].武漢材料保護(hù)研究所潘鄰、林峰研究員在430 ℃下鹽浴滲氮工藝處理奧氏體不銹鋼，處理后奧氏體基體上獲得了一定厚度的擴(kuò)展奧氏體層，硬度達(dá)到1 000HV0.25左右，降低了材料的摩擦系數(shù).耐蝕性與未處理試樣相當(dāng)，顯著優(yōu)于常規(guī)鹽浴氮化[21].

四川大學(xué)采用新型低溫環(huán)保型專(zhuān)用活性滲劑，對(duì)321奧氏體不銹鋼在430 ℃進(jìn)行了低溫活性鹽浴滲氮，獲得了近20 μm的單相滲氮層，圖2為相應(yīng)的顯微組織和電鏡組織[18]顯微組織，分析表明N-C-O擴(kuò)展奧氏體中有較多的孿晶和位錯(cuò)組團(tuán).目前低溫氮化技術(shù)在工業(yè)上已獲得了大量應(yīng)用，也將是今后表面強(qiáng)化技術(shù)研究的重要方向.

圖2 321奧氏體不銹鋼低溫強(qiáng)化430 ℃×16 h滲氮層的組織

2 表面改性層S-相組織結(jié)構(gòu)和性能

2.1 表面改性層S-相組織結(jié)構(gòu)

不銹鋼經(jīng)低溫滲氮技術(shù)處理后會(huì)在不銹鋼表面生成一層均勻白亮的氮化層，也稱(chēng)S-相，具有極高的硬度、良好的耐蝕性能及耐磨性能.S-相是在原來(lái)奧氏體基體上形成的，具有面心立方結(jié)構(gòu)，也被稱(chēng)為擴(kuò)展奧氏體.Menthe等[22]用XPS分析了在低溫下形成的氮化層的成分和化學(xué)鍵，提出擴(kuò)展奧氏體中的N、Cr、Fe為氮化物態(tài).低溫表面氮化改性層組織(擴(kuò)展奧氏體)高硬度原于它的特殊的“位錯(cuò)-應(yīng)力FCC結(jié)構(gòu)”.S-相組織屬于亞穩(wěn)態(tài)的中間相，在高溫條件下極不穩(wěn)定，當(dāng)提高滲氮溫度或延長(zhǎng)氮化時(shí)間都將導(dǎo)致S-相分解的發(fā)生，且伴有鉻的氮化物析出[23].

2.2 低溫表面氮化后的表面硬度

Zhang和Bell[24]最早開(kāi)發(fā)了低溫離子氮化技術(shù)，并獲得了單相硬化層，Ichii等[25]也得到類(lèi)似的結(jié)果.他們認(rèn)為，巨量的N、C原子(38at%NMax)在奧氏體八面體間隙中超飽和固溶，從而引起奧氏體晶格發(fā)生嚴(yán)重塑性變形(層錯(cuò)所致晶格旋轉(zhuǎn))和彈性變形(殘余應(yīng)力所致晶格各向異性膨脹)，且抑制氮化鉻在晶界處的析出，所以保證了在不降低其耐蝕性的前提下提高了其表面硬度[26-28]，使得滲氮層硬度能夠達(dá)到1 300～1 500 HV0.1，滲碳層硬度能夠達(dá)到700～1 000 HV0.1，對(duì)于奧氏體不銹鋼304氮化層硬度可達(dá)到1 600 HV0.1，圖3為2205雙相不銹鋼430 ℃下氮化時(shí)間與氮化層硬度的關(guān)系曲線(xiàn)，如此大的硬度甚優(yōu)于淬火處理后的鐵碳合金和鐵氮合金[29].

圖32205雙相不銹鋼430℃鹽浴氮化時(shí)間與氮化層硬度的關(guān)系曲線(xiàn)

Fig.3 The relationship of nitriding time and hardness of the nitrided layer of 2205 duplex stainless steel at 430 ℃

2.3 低溫表面氮化后的表面耐磨性

不銹鋼低溫氮化顯著地提高了不銹鋼的表面硬度，進(jìn)而促使其具有良好的耐磨性.張津等[30]對(duì)雙相不銹鋼Custom 465在不同溫度下經(jīng)過(guò)低溫鹽浴氮化處理后經(jīng)過(guò)磨損實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在480和520 ℃低溫鹽浴滲氮后，雙向不銹鋼的磨損體積較未滲氮試樣的磨損體積分別降低43%和82%，這說(shuō)明表面滲氮引起的強(qiáng)化效果十分明顯，起到了良好的減磨作用.如圖4所示，趙程等[31]對(duì)奧氏體不銹鋼201在進(jìn)行低溫鹽浴氮化處理，證明低溫鹽浴處理后奧氏體不銹鋼的磨損性能得到了很大的提高，同時(shí)對(duì)磨損后的表面形貌觀察發(fā)現(xiàn)，低溫氮化處理后材料的表面硬度大大提高表現(xiàn)為磨粒磨損形態(tài)，而未氮化試樣由于表面很軟表現(xiàn)為粘著磨損形態(tài).

一些研究者證明，不銹鋼和鎳基合金等通過(guò)氮化或碳化表面處理可以在表面形成一種強(qiáng)的的亞表層，以支持在滑動(dòng)時(shí)形成的氧化膜提高其耐磨性和表面抗疲勞性能.所以，氮化鋼的磨損是氧化磨損機(jī)制，而未氮化鋼的磨損卻是粘著和塑性變形機(jī)制[32-34].因此，對(duì)于在流體介質(zhì)環(huán)境下系統(tǒng)間相互接觸以及流體介質(zhì)的流動(dòng)導(dǎo)致磨損失效，可以通過(guò)低溫表面氮化處理提高其耐磨性和抗疲勞性能.

圖4 氮化處理和未氮化處理試樣的磨損損失

2.4 低溫表面氮化后的耐腐蝕性能

低溫表面氮化處理不但能提高不銹鋼的耐磨性，抗腐蝕性能也能得到提高.許多研究者發(fā)現(xiàn)，不銹鋼滲氮后形成的S-相(即擴(kuò)展奧氏體)在含有氫離子的溶液中能夠提高其表面抗腐蝕能力，這是因?yàn)樵诟g的過(guò)程中活性氮原子能夠消耗環(huán)境中的氫離子形成銨根離子，從而提高其pH值.對(duì)于在含有氯離子的酸性環(huán)境中，Gontijo等[35]證明在含質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%的NaCl溶液中低溫等離子滲氮的奧氏體不銹鋼的擴(kuò)展奧氏體層(S-相)更耐腐蝕，這是因?yàn)閿U(kuò)展奧氏體層中的氮原子能夠阻止氯離子的腐蝕.Fils等[36]也研究了奧氏體不銹鋼304和316低溫滲氮層在酸性環(huán)境中表層氮原子數(shù)分?jǐn)?shù)大于7%時(shí)，陽(yáng)極電位高于未滲氮條件下的，氮原子數(shù)分?jǐn)?shù)低于7%的滲層陽(yáng)極電位略大于或低于未滲氮條件下的.這表明低溫表面處理對(duì)提高耐蝕合金的表面硬度和抗腐蝕性能有重要作用.Lepienski等和Wiek等[37-38]研究結(jié)果表明，低溫氮化層可以顯著阻止氫對(duì)合金鋼的滲透，可提高水堆內(nèi)合金高溫腐蝕性能.因此，低溫活性鹽浴滲氮技術(shù)對(duì)于耐腐蝕性良好耐磨性較差的奧氏體不銹鋼在堆內(nèi)異形、結(jié)構(gòu)復(fù)雜重要零部件而言，是相當(dāng)理想的處理工藝.圖5為低溫鹽浴滲氮后奧氏體不銹鋼耐HCl的浸泡腐蝕性能，可以看出，低溫鹽浴氮化可以改善304不銹鋼的耐蝕性，304不銹鋼由原來(lái)的局部點(diǎn)腐蝕變?yōu)楸砻婢鶆蚋g[39].

圖6和圖7分別為2205雙相不銹鋼[29]經(jīng)過(guò)不同時(shí)間低溫活性鹽浴表面氮化時(shí)間和Inconel 718[40]耐蝕合金在不同溫度的低溫鹽浴活性氮化處理工藝后在10%H2SO4+ 100 g/L Al2O3雙相沖刷條件下的腐蝕情況.由圖5可以看出，2205不銹鋼經(jīng)過(guò)16 h氮化處理后抗沖刷腐蝕能力大大提高，Inconel 718耐蝕合金經(jīng)過(guò)低溫表面處理后，材料耐沖刷腐蝕性能力也獲得了極大的提高.

圖5304奧氏體不銹鋼滲氮試樣在10%HCl溶液中腐蝕失重(a)和腐蝕速率(b)

Fig.5 Corrosion weight loss (a) and corrosion rate (b) of 304 austenitic stainless steel in 10%HCl solution

圖62205雙相不銹鋼不同時(shí)間低溫液體強(qiáng)化后雙相流沖刷條件下的腐蝕速率

Fig.6 The corrosion rate of 2205 duplex stainless steel at dual phase erosion after different low temperature liquid nitriding time

圖7Inconle718耐蝕合金不同溫度強(qiáng)化處理后在雙相流沖刷條件下的腐蝕失重

Fig.7 The mass loss of Inconle718 alloy at dual phase flow corrosion after different nitriding temperature

3 展 望

低溫活性鹽浴表面滲氮技術(shù)作為一種節(jié)能新型的綠色環(huán)保型表面強(qiáng)化技術(shù)近年來(lái)在國(guó)內(nèi)引起很大關(guān)注，獲得了較快發(fā)展.通過(guò)該技術(shù)改性，奧氏體、馬氏體和雙向不銹鋼表面的硬度、耐磨性獲得了很大的提升，耐蝕性也有所提高，這將很好地滿(mǎn)足不銹鋼在工業(yè)中的使用性能.對(duì)于提高不銹鋼等耐蝕合金的表面硬度和耐磨性來(lái)說(shuō)，新型低溫活性鹽浴液體氮化處理技術(shù)是符合我國(guó)節(jié)能減排的國(guó)情，為提高不銹鋼以及耐蝕合金構(gòu)件耐磨性不足提供了一種新型工藝.但低溫活性鹽浴強(qiáng)化技術(shù)在國(guó)內(nèi)還處于起步階段，國(guó)內(nèi)專(zhuān)門(mén)的研究機(jī)構(gòu)還比較少，相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大，對(duì)于滲氮層擴(kuò)展奧氏體的形成機(jī)理、組織結(jié)構(gòu)、組織穩(wěn)定性和腐蝕行為機(jī)理等還處在研究階段，常規(guī)的相關(guān)研究方法和設(shè)備還需要進(jìn)一步提高.隨著氮化工藝的不斷成熟和我國(guó)提出的節(jié)能、減排、降耗、延壽的口號(hào)和發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，一些新型的氮化技術(shù)離子注入、活化屏技術(shù)和稀土氮化技術(shù)也在不斷地研究發(fā)展中，這將對(duì)氮化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展起到巨大推動(dòng)作用.

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Statusandprogressofsurfacenitridingtechnologyofstainlesssteelinlowtemperatureactivesaltbath

ZHANG Xiangfeng1, GONG Daitao2, WANG Jun1, QIU Shaoyu3, LI Cong4

(1.School of Manufacturing Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065,China; 2.CNNP Nuclear Power Opearation Management Co., Ltd, Haiyan 314300, China; 3.Key Laboratory of Reactor Fuel and Materials(Nuclear Power Institute of China),Chengdu 610041, China; 4.Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute, Shanghai 200233, China)

Stainless steel possesses excellent corrosion resistance, toughness and machinability. However low hardness, and poor wear resistance largely restrict its industrial applications in the wear or corrosion environments. In order to improve the wear resistance of stainless steel, this work introduces a low-temperature active salt bath surface treatment technology without reducing its corrosion resistance, which can enable the enhancement of the wear resistance in the corrosive environment, and thus extend its service life. This article mainly introduces the progress, principle and applications of low-temperature active salt bath surface nitriding technology and the characteristics, microstructure and mechanical property of nitriding layer. It is shown that the surface active N atoms diffuse into the austenite lattice gap to form the supersaturated solid solution, S-phase and to emerge a special dislocation-stress FCC structure, causing the serious deformation of the austenite lattice. After such a treatment, the corrosive property dramatically enhances, and the hardness increase up to 1 000 HV. Meanwile, wear resistance significantly improves.

salt bath nitriding; stainless steel; low temperature; abrasion; corrosion resistance

2016-12-29. < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間

時(shí)間: 2017-07-26.

核燃料及材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)課題(STRFML-2015)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51471112)；自然科學(xué)基金中英聯(lián)合交流基金(5151101433)；四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2016GZ0173).

張向峰(1991—)，男，碩士研究生；王 均(1976—)，男，教授，博士生導(dǎo)師.

王 均，E-mail：srwangjun@163.com.

10.11951/j.issn.1005-0299.20160468

TG174.44

A

1005-0299(2017)06-0075-07

(編輯程利冬)