4Cr13不銹鋼Nb改性層摩擦磨損及高溫氧化性能研究.pdf

1、4Cr13馬氏體不銹鋼因其具有一定的硬度、耐腐蝕性及抗高溫氧化性能，通常應用于油泵、閥門軸承、醫(yī)療器械、彈簧等零件。但這類鋼的耐磨性與一般高強度合金鋼相比仍然存在較大的差距，并且當環(huán)境溫度超過900℃以上時氧化較為嚴重，從而大大限制了這類鋼在摩擦磨損及高溫環(huán)境中的使用和發(fā)展。
　　 本課題采用雙輝等離子表面冶金技術(shù)對4Cr13馬氏體不銹鋼表面進行等離子滲Nb處理，通過研究等離子合金化溫度對Nb合金層表面形貌、成分、相組成及硬度的

2、影響，對合金層形成機制進行了研究，同時分析了不銹鋼滲Nb前后的摩擦磨損性能和抗高溫氧化性能，并對其摩擦磨損和高溫氧化機理進行了探討。研究結(jié)果表明:
　　 (1)采用雙輝等離子表面冶金技術(shù)可在4Cr13不銹鋼表面制備組織均勻致密并與基體冶金結(jié)合的Nb合金層，合金層主要由Nb2C、NbC、Fe2Nb、Cr2Nb及Nb組成。不銹鋼經(jīng)900℃、950℃和1000℃滲Nb后形成的表面合金層厚度分別為7μm、13μm和7μm，并且表面粗糙度

3、隨著滲Nb溫度增加而增加。滲Nb溫度的升高對應Nb靶和試樣電壓的增加，即在增加合金化元素Nb的濺射量及擴散速度的同時，試樣表面反濺射作用也隨之增強，Nb元素在試樣表面的吸附量與反濺射之間相互作用導致在不同溫度形成的合金層組織有所不同。
　　 (2)4Cr13不銹鋼滲Nb后表面硬度較基材有明顯提高。1000℃滲Nb后表面硬度高達約985 HV0.025，900℃和950℃滲Nb后試樣表面硬度約758HV0.025和698 HV0.

4、025，比基體硬度增加了390HV0.025以上。Nb碳化物的形成是表面硬度提高的主要因素。
　　 (3)4Cr13不銹鋼經(jīng)不同溫度滲Nb后的摩擦系數(shù)均在0.35-0.6之間，而基體的摩擦系數(shù)為0.8左右;900℃、950℃和1000℃滲Nb試樣的比磨損率分別為基材的1/14、1/2和1/60，表現(xiàn)出良好的耐磨和減摩性能。合金層中硬質(zhì)碳化物的析出以及摩擦過程中產(chǎn)生的氧化物所起的固體潤滑作用是滲Nb合金層減摩的主要原因，而合金層中

5、碳化物的彌散強化和第二相強化使其耐磨性顯著提高。
　　 (4)4Cr13不銹鋼滲Nb后在900℃空氣中的抗高溫氧化性能較未處理基材有所提高。900℃、950℃和1000℃滲Nb試樣氧化100h后的增重分別是15.32 mg·cm-2、16.32 mg·cm-2和7.53 mg·cm-2，較基材增重(19.60 mg·cm-2)均有所減少。滲Nb不銹鋼形成的氧化膜表面平整，組織均勻。900℃和950℃滲Nb試樣表面氧化膜由Fe2O