作者：高原 徐重
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. , 摘 要：介紹了一種在Q235鋼表面，利用等離子反應(yīng)濺射直接復(fù)合滲鍍合成氮化鈦的工藝方法。該
WB6g i2 滲鍍層是由鋼鐵材料基體上均勻分布細(xì)小氮化鈦顆粒的滲層和表面氮化鈦沉積層組成。沉積層與滲層之間有一平緩過渡區(qū)。滲層與基體是冶金結(jié)合，不會產(chǎn)生剝落。滲鍍層表面硬度平均達(dá)到HV2 300。X射線衍射結(jié)果表明，表面為純氮化鈦層，(200)晶面的衍射峰最強(qiáng)，具有明顯的擇優(yōu)取向。用劃痕儀進(jìn)行結(jié)合強(qiáng)度檢測，聲發(fā)射曲線未見突起的信號峰值，表明結(jié)合強(qiáng)度好。復(fù)合滲鍍氮化鈦試樣在1o 硫酸、5 鹽酸、3．5 9／6氯化鈉水溶液和硫化氫富液中進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)。耐腐蝕性能分別比改性前提高了789，26，3．3，67倍。
x2Y1B 關(guān)鍵詞：氮化鈦；腐蝕性；滲鍍層；等離子體；固溶體；擴(kuò)散層
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wG 6xk"bIp 氮化鈦以其優(yōu)異的力學(xué)性能和化學(xué)性能，在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用n]，成為目前解決耐腐蝕問題的有效方法。本文首先提出了一種新的等離子復(fù)合滲鍍合成氮化鈦的方法[ ，該工藝方法形成的氮化鈦組織是鈦固溶體擴(kuò)散層上均勻分布氮化鈦顆粒和表面氮化鈦沉積層，表面氮化鈦沉積層與基體為冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高，不會產(chǎn)生剝落且致密。將等離子復(fù)合滲鍍合成氮化鈦試樣與未經(jīng)處理的Q235鋼試樣進(jìn)行耐腐性能比較。結(jié)果表明，前者較后者提高耐腐蝕性能數(shù)倍至數(shù)百倍。
miZ {V% -66|Y 1 復(fù)合滲鍍氮化鈦工藝
aZ*b"3 P6i4Dr 1．1 工藝試驗(yàn)
S N?jxQ Z)P x6\?+ 1．1．1 試驗(yàn)條件
tI*u"%#t DcSL f4A 試樣材料：Q235鋼，尺寸：15 mm×15 mm×5mm，表面經(jīng)過磨削加工。
K&BlWXT O5Yk=-_m 鈦供給源：用 5 mm×30 mm 的Ti絲，置于尺寸為080 mm×50 mm×5 mm 桶形圓周上。絲的間隔上下左右lO～ 15 mm。試樣置于桶形陰極的中間，與絲狀源極的尖端間距約5～15 mm。
/:ma}qG y %+gze|J 1．1．2 試驗(yàn)方法
S &s7] ^yy\CtG 利用輝光放電濺射原理、等電位陰極濺射方法、針狀鈦絲的尖端放電效應(yīng)、鈦絲之間以及鈦絲與試樣之間的空心陰極現(xiàn)象 l，將鈦以離子、原子和粒子團(tuán)的形式濺射出來。首先在試樣表面滲入合金元素鈦，形成鈦合金擴(kuò)散層。滲鈦保溫結(jié)束后，緊接著在先期僅有工作氣體氬氣的基礎(chǔ)上，通人一定量的氮?dú)�，與氬氣保持一定的混合比。進(jìn)行滲氮和氮化鈦的復(fù)合滲鍍過程。一部分氮原子參與表面氮化鈦的形成和沉積過程，一部分滲入到表層的鈦合金化層中形成含有第二相氮化鈦顆粒和含鈦固溶體的擴(kuò)散層中。
Ad@))o2 &r~~1BnpHm 1．1．3 工藝參數(shù)
jt Q2vJ- 6x*ImhQ.J 極限真空度：3．0×10_。Pa；滲Ti與復(fù)合滲鍍
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H 工作真空度：3o～35 Pa；試樣電壓：300～500 V；
Jc` LUJT 試樣電流：l_5～3 A；工作氣體：前期為Ar，后期復(fù)合滲鍍采用Ar和N；
cX7xG U 滲Ti時間：3 h，復(fù)合滲鍍氮化鈦時問：2 h；
k VkV~ 滲鈦溫度與復(fù)合滲鍍溫度為：850℃ ，920℃ ，1020 ℃ 。
%j2YCV7 &m>`+uVBP 1．1.4 分析儀器
&oTSff>p} AJt0l|F 用GDA750型輝光放電光譜分析儀測定試樣
IJS9%m# 4)JrOe&k 復(fù)合滲鍍層成分；用LEC 圖像分析儀和NEW—PH0TER一21型臥式顯微鏡觀察分析滲鍍層厚度、金相組織和表面形貌；用日本JEOI ／JSM一5610I V掃描電鏡，德國Bruker—aXS D8進(jìn)行微觀組織和滲層物相測定(Cu靶，40 kV，lOO mA)；用M一400一H1顯微硬度計檢測表面硬度；采用PS—l68A 型電化學(xué)測量系統(tǒng)進(jìn)行電化學(xué)腐蝕性能試驗(yàn)。用WS一97型聲發(fā)射信號劃痕儀進(jìn)行結(jié)合強(qiáng)度檢測。
4{CVBowi \dIIZSN 1．2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
wXu HD<< =<`9T_S 16 圖1表示了滲鈦的金相組織，由圖可見。滲鈦層與基體有一分界線。滲層組織為柱狀晶，垂直由表面向內(nèi)生長，基體組織是較為粗大的等軸晶。滲層中的有些柱狀晶組織的晶界與基體組織的等軸晶連成一片，具有相同的位相關(guān)系。說明在進(jìn)行滲鈦時，當(dāng)表面出現(xiàn)反應(yīng)擴(kuò)散新相鈦在a—Fe中的固溶體晶核時，該晶核是依附于具有一定位相和共格關(guān)系基體的晶粒上，否則基體上的該晶粒在高溫冷卻時的晶體結(jié)構(gòu)由鈦在 Fe中的固溶體向鈦在 —Fe中的固溶體轉(zhuǎn)變發(fā)生相變時將會出現(xiàn)相界面。
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圖2表示了復(fù)合滲鍍氮化鈦層的SEM 組織�？梢姳砻鏉B鍍氮化鈦層致密，與基體的分界線較清晰，層厚達(dá)10 ptm 以上。
;fee<7T y tq<7BO<6 用WS一97型聲發(fā)射信號劃痕儀對TiN復(fù)合滲鍍層進(jìn)行結(jié)合強(qiáng)度的檢測(加載速率：100 N／min；終止載荷：100 N；劃痕速度：4 mm／min)，在0～i00N 的連續(xù)加載載荷范圍內(nèi)，壓頭滑過滲層表面時，未出現(xiàn)發(fā)射信號突然增大的現(xiàn)象，沒有出現(xiàn)臨界載荷Lc。滲鍍層表面劃痕的邊緣平整，無裂紋無剝落現(xiàn)象產(chǎn)生。說明了TiN復(fù)合滲鍍層和基體問的結(jié)合強(qiáng)度好。
5SR 29Z[ !uO|1b 表1表示了輝光濺射復(fù)合滲鍍氮化鈦層在不同工藝溫度下，表面顏色與溫度、流量比之間的關(guān)系。
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