316L不锈钢高温分析组织结构！涨知识！

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　　316L奥氏体不锈钢高温氮离子注入层的摩擦磨损性能,并分析了其组织结构.结果表明:在相同注入工艺条件下,高温注入后的含氮层深度较常温注入下的提高约10倍;在150～460℃下注入处理时,在距离注入层表面大约40nm深度内的组织结构与注入温度有关,含氮层主要以膨胀奥氏体组织为主;

　　由于膨胀奥氏体、CrN和微晶组织等对含氮层的强化作用,使显微硬度显著提高,摩擦系数明显下降,耐磨性能得到改善;460℃下注入处理后试样的摩擦系数较150℃下处理后的略高,而前者的耐磨性明显较高.

　　离子注入技术具有非常独特而优秀的特点,应用该技术不仅可以在工件表面获得超出热力学限制的组织结构和溶质固溶度,而且可获得优异的摩擦磨损性能[1].然而,常温离子注入所得改性层太薄,工件表面的耐磨性及承载能力均较差,因而在工业领域中的应用受到了限制.

　　提高离子注入温度,或对注入层进行退火处理,利用热扩散和辐射增强扩散等效应,可改变离子分布,增加注入层厚度,并改善注入层的组织结构,使表面摩擦磨损性能得到较明显的改善[2～10].离子注入产生的热效应对金属表面离子再分布、组织结构以及表面摩擦磨损性能的影响非常复杂。

　　将316L奥氏体不锈钢加工成尺寸为<12mm×3mm的圆片,用金刚石抛光膏将注入面精抛成镜面后,采用LZD280型多功能离子注入机实施氮离子注入.采用的注入参数为:束流密度26.4ΛAcm2;剂量1×1018N+cm2;能量60keV;注入温度为常温至460℃.用热电偶直接测定注入温度,热电偶放入距试样注入表面1mm以下的圆孔内.

　　在ALEX21型多功能球2盘磨损性能试验机上评价注入层的耐磨性能,偶件采用<6mm的SiC球,负荷0.98N,速度130mmmin.在DF2PM型动静摩擦系数精密测定仪上测定注入层的摩擦性能,偶件采用<3mm的GCr15钢球,运动方式为单向滑动,负荷0.98N,速度30mm,滑动距离9mm.

　　采用KYKY21010B型扫描电子显微镜观察试样磨痕形貌.采用HX21000型显微硬度计进行硬度测试,所用载荷为0.05N.用PHI650SAM3600SIMS型多功能扫描俄歇谱仪分析注入离子深度分布,并用PHI5600ESCA型X射线光电子能谱仪分析注入试样表面Cr和N元素的化学状态.采用H2800型透射电子显微镜Dmax2r2000型X射线衍射仪分析注入层的显微组织结构.

　　示出了316L奥氏体不锈钢氮离子注入层的氮分布随注入温度的变化关系.可见,氮分布明显与注入温度相关.在150℃下注入时,氮峰形状偏离由LSS理论预测的高斯型分布,随注入温度升高,偏离程度加剧,向内拓展更加明显,从而呈扩散型分布.

　　这表明离子注入碰撞混合特征随注入温度升高而减弱.另外随注入温度升高,氮的平均浓度依次降低而含氮层厚度增加;在250～460℃注入温度范围内,氮渗透深度大幅度提高,460℃注入时达2.5Λm,较150℃注入时提高近1个数量级.这是由于注入温度提高时氮离子扩散和热扩散增强的结果.

　　提高注入温度,氮渗透深度大幅增加.此时若能获得与常温注入下相似的含氮层组织结构,或获得析出相等耐磨组织,将有效改善注入层的摩擦磨损性能,并延长使用寿命.

　　由于Ar+溅射速率低,用X射线光电子能谱仅分析了约50nm的表面层.根据文献[12]推荐的拟合方法对注入316L不锈钢中的N1s和Cr2p32谱峰进行拟合.结果发现,316L不锈钢经150℃、350℃和460℃下氮离子注入处理后,在约40nm表面层内均形成了氮固溶Χ晶格的ΧN相和CrN结构,而更深的含氮层主要为氮固溶ΧN相.与350℃下注入处理后的316L不锈钢样品相比,经150℃和460℃注入处理后试样表面CrN的XPS谱峰强度较高.

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