激光和等離子體混合方法制備鐵氮化合物的研究.pdf

1、鋼鐵是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用的材料之一，而且也已經(jīng)成為我們日常生活中不可缺少的材料。鋼鐵的應用已經(jīng)滲透進了我們生產(chǎn)、生活的各個方面。近年來，隨著對鋼鐵材料性能要求的不斷增長，原始冶金方法已不能滿足方方面面對鋼鐵材料的要求。因而涌現(xiàn)出了許多改變鋼鐵性能的方法，其中以對鋼鐵表面性能的改變尤為受人關注。現(xiàn)在最普通的方法就是在鋼鐵的表面形成一層致密的氮化膜，這樣可以很好的改變鋼鐵的表面硬度和耐磨性。制備氮化膜的方法有很多，但它們都存在著工業(yè)應用

2、的局限性，同時生產(chǎn)工藝也相對復雜。 本實驗的主要目的是利用激光和等離子體混合的方法在鐵基底的表面制備氮化鐵薄膜，并且要求制備的氮化鐵有很好的熱穩(wěn)定性。 本論文簡單介紹了有關等離子體的發(fā)展和應用，鐵氮化合物形成機理。還介紹了幾種制備氮化鐵的方法，并指出了它們的局限性。為了分析不同條件下等離子體焰的光譜，利用平面光柵單色儀和數(shù)據(jù)采集卡對不同的氣體組成、氣體流量、輸入電壓等條件下對等離子體的放光光譜從3000A到8000A進行

3、了數(shù)字化紀錄，并加以分析。利用激光和等離子體混合在大氣氣氛中常壓下對鐵基底進行了氮化處理，對制備的樣品進行XRD測試，并對測試結果作了簡單的分析。為了研究我們制備的氮化鐵樣品的熱穩(wěn)定性，對氮化鐵樣品在不同的溫度下退火，退火后的樣品同樣作了XRD測試。對實驗結果進行分析，得出以下結論： 一、氮等離子體的分子光譜和原子光譜隨著氮氣流量的增加而增強，證明隨著氮氣流量的增加氮氣的分子分裂、原子化和離子化程度都有所增強。在單純的氮氣中加入

4、氬氣也會使氮氣的分子分裂和離子化程度大幅度的增強。 二、對XRD測試結果的分析表明，在大氣氣氛常壓下利用激光和等離子體混合方法可以制備氮化鐵。這種制備氮化鐵的方法可以很好的抑制鐵樣品的氧化。其氮化效果明顯優(yōu)于單獨利用激光或等離子體制備氮化鐵所得出的氮化效果。激光功率是影響氮化效果的重要因素之一，隨著激光功率的增高氮化鐵濃度將增加。在同樣的激光功率下，掃描速度加大的時候，樣品中氮化鐵的濃度下降。等離子體的氣體流量也是重要的影響因素

5、，氣體流量大于0.5m3/h時才有氮化效果，并且隨著氣流量的增加氮化效果更加明顯。 三、對退火后樣品的XRD測試顯示，樣品在800℃以下退火對于氮化鐵幾乎沒有影響，在1000℃退火時有一定的鐵氮化合物被分解。說明我們制備的樣品可以在800℃時還能保持良好的熱穩(wěn)定性。 通過實驗和對實驗結果的分析表明，實驗實現(xiàn)了利用激光和等離子體混合方法制備氮化鐵的目標。并且所制備的氮化鐵樣品在800℃退火時，氮化物沒有分解，說明其熱穩(wěn)定性