304奥氏体不锈钢低温等离子体氮化及耐磨性能研究

　　【摘要】：奥氏体不锈钢具有强度高、韧性好、耐蚀性强等综合优点,被广泛地应用在石油、化工、制药、食品等工业中。但它的硬度较低,只有HV260左右,而且耐磨性能差,在一些场合很难满足使用要求,限制了其使用范围。人们一直在寻求各种方法,以提高其硬度和耐磨性能。其中氮化是提高奥氏体不锈钢摩擦学性能最广泛使用的表面技术之一。近20年来,等离子体氮化技术的发展和完善为不锈钢表面硬化开创了重要的技术途径,等离子体氮化已成为不锈钢表面强化方法较好的选择。但是由于氮化后氮化层中CrN的形成等原因导致固溶体中贫铬,降低了腐蚀性能。本文采用ICP低温等离子体氮化方法,获得了没有铬析出的渗氮层。,使奥氏体不锈钢表面硬度和耐磨性得到提高,同时耐蚀性没有恶化。结合目前人们往往只注重成膜质量与放电宏观参数之间的关系,如气体压强、放电电压、电流、放电频率等,而忽略等离子体的微观参量,如离子密度、离子温度、电子密度、电子温度等。本文主要从离子流密度角度,说明其对氮化的影响。主要研究了离子束流密度对偏压、工作压力、硬度和摩擦系数的影响,确定最佳氮化工艺,以达到不锈钢表面改性目的。实验中采用X射线衍射(XRD)和OES方法进行物相结构分析和光谱监测,同时运用显微硬度计和磨损试验对试样的表面硬度及耐磨性进行分析。研究表明,采用低温等离子体氮化方法得到氮化层的最佳工艺参数为：N2流量：10sccm;射频功率：80W；工作压力：10Pa；偏压：-500V；工作时间：2h。该工艺制备下的氮化层表面颗粒细小均匀,硬度达850HVo.025左右,耐磨性提高。随着离子束流密度增大,氮化效果越好,其中N2和N2+在氮化过程中起主导作用。