《奧氏體不鏽鋼中開放團簇特徵及其增強氮擴散機理研究》是依託大連理工大學,由葉飛擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：奧氏體不鏽鋼中開放團簇特徵及其增強氮擴散機理研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：葉飛
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
奧氏體不鏽鋼電漿低溫滲氮形成氮超高過飽和（10-35 at.%）γN相表面改性層的過程中，核心特徵是氮快速擴散。氮在γN相中的擴散速率比奧氏體不鏽鋼中快4-5個數量級。針對Cr-N強吸引作用使鉻阻礙氮擴散，導致難以闡明氮快速擴散機理的問題，本項目提出了開放八面體團簇(Fe,Ni)nCr6-nN增強氮擴散機理。採用自主智慧財產權的電漿源離子滲氮技術改性處理奧氏體不鏽鋼，套用電子衍射、電子能量損失譜等電子顯微學方法並結合分子動力學模擬，探明γN相中的團簇特徵與工藝條件關係，建立團簇開放度與氮擴散速率和活化能之間的定量關係，闡明開放團簇通過形成快速擴散通道增強擴散的機理。進而建立團簇特徵對γN相高硬度和耐磨抗蝕複合性質的影響規律，基於開放團簇特徵及其增強擴散機理，最佳化低溫滲氮工藝，為奧氏體不鏽鋼電漿低溫滲氮技術在核主泵關鍵零部件中的套用提供理論基礎和技術保障。
結題摘要
奧氏體不鏽鋼電漿低溫滲氮會形成氮超高過飽和（10-35 at.%）γN相表面改性層，具有優異的耐磨抗蝕複合性質。滲氮層製備的核心特徵是氮的快速擴散，比奧氏體不鏽鋼中快4-5個數量級。針對Cr-N強吸引作用阻礙氮擴散，導致難以闡明氮快速擴散現象的問題，本項目提出了開放八面體團簇(Fe,Ni)6-nCrnN增強氮擴散機理。項目按計畫進展順利，還開展了原計畫未列入但與項目密切相關的工作，包括γN相中高密度層錯結構模型和過飽和氮對耐輻照性質的影響機制，超額完成了預期目標。 採用自主智慧財產權的電漿源離子滲氮技術改性處理AISI 304L奧氏體不鏽鋼，系統表征並模擬了滲氮層中八面體團簇Fe6-nCrnN的結構特徵、團簇組合和分布規律。建立γN相結構模型，模型中含有彌散分布的短程有序團簇，這些團簇是由八面體團簇以共棱模式組合形成，Cr原子占據組合的共用位置。同時，發現了滲氮層中層錯簇結構，採用含層錯簇的FCC結構模型擬合了XRD譜線和TEM選區衍射花樣中的主要特徵，是迄今為止擬合優度最高的結果。 在短程有序團簇結構模型基礎上，模擬團簇結構和分布對N擴散速率和路徑的影響規律，建立了N原子快速擴散通道模型。團簇周圍N原子受到八面體團簇Fe6-nCrnN的排斥作用，遠離團簇快速擴散。因此在γN相中彌散分布的不同尺寸的團簇會形成N原子快速遷移通道，使N原子實現快速擴散。 系統表征不同工藝條件下製備的表面改性層性質，闡明工藝條件、團簇結構和分布等對γN相耐磨、抗蝕、耐輻照等性質的影響規律。進而提出了奧氏體不鏽鋼電漿低溫滲氮最佳化工藝，實現高質量、高穩定性和高效率的奧氏體不鏽鋼低溫滲氮表面改性。 本項目研究結果為奧氏體不鏽鋼電漿低溫滲氮技術在核主泵關鍵零部件中的套用提供理論基礎和技術保障，並為該技術在燃料電池雙極板的推廣套用提供基礎。
