《鋼鐵表面液相電漿電解快速滲硼機理研究》是依託北京師範大學，由薛文斌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鋼鐵表面液相電漿電解快速滲硼機理研究
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：薛文斌
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對目前常規的滲硼、滲碳及滲氮技術處理溫度高、保溫時間長的缺點，本申請利用液相電漿放電方法在常溫電解液里實現鋼鐵表面硼元素快速滲入，滲入過程在幾分鐘之內完成。研究液相電漿電解滲硼的基本工藝條件和氣膜放電區發生的物理化學反應，在典型鋼鐵材料表面實現滲硼及硼碳氮多元共滲。研究各種滲硼層的組織結構、成分和性能，弄清多元共滲和複合滲層的成分分布及擴散過渡區對性能的影響。分析B、C、N活性原子或離子在弧光放電區的形成過程及它們在鋼鐵基體內的擴散規律，研究放電結束時淬火效應對相組成影響，弄清不同成分鋼鐵材料和各種滲透條件下滲層內發生的相變。對電漿電解滲硼及硼碳氮共滲建立一個合理的滲層形成機制，闡明電漿電解滲硼層能夠快速生成的原因。本項目的完成不僅發展和豐富現有的滲硼及多元共滲理論，而且為電漿電解滲硼層的結構調控及工藝最佳化提供理論指導，並為鋼鐵材料表面強化提供一種快速滲硼新方法。
結題摘要
本項目利用液相電漿放電現象在Q235、T8等典型鋼鐵材料表面實現了電漿電解快速多元滲硼。重點研究了硼碳二元共滲和硼碳氮三元共滲，並與滲碳工藝進行比較。分析了多元滲硼層的形貌、組織結構、成分和性能，測量發射光譜並計算出電漿放電區的電子溫度、電子濃度和電離度，討論了電漿電解滲硼層能夠快速生長的原因。結果表明滲層由F2B滲硼層和過渡層組成，滲硼層厚度均勻，沒有出現傳統滲硼工藝中硼齒現象。硼碳氮三元共滲層硬度達到2400HV，高於硼碳二元共滲層硬度1800HV，主要是由於產生的氮化物提高了滲硼層的硬度。經過電漿電解滲硼處理後，碳鋼的摩擦係數大幅降低，耐磨性提高至少1個數量級，並且在高溫環境中仍然保持良好抗磨損性能。研究還發現滲硼層具有良好的抗高溫氧化性能，不同厚度滲硼層的抗高溫氧化性能幾乎相近。電化學腐蝕測試表明滲硼處理後碳鋼的耐蝕性略有提高，並隨滲層厚度增加而增加。研究發現多元滲硼是改善滲硼層脆性的有效方法，另外，採用複合滲工藝可以提高滲硼層的厚度均勻性。研究表明，電漿電解滲過程中，碳在鋼內擴散係數為1.39×10-7cm2•s-1，比傳統滲碳過程中碳在奧氏體中的擴散係數提高約7倍，它的擴散激活能為132.8 KJ/mol，明顯低於傳統滲碳過程中碳的擴散激活能。電漿放電區粒子轟擊作用降低了碳原子擴散激活能，促進碳原子在鋼內部快速擴散，這是電漿電解滲層快速生長的重要原因。通過測量放電結束瞬間工件的降溫曲線，確認放電結束時淬火效應不明顯，原因在於樣品周圍氣膜層延緩了工件的快速冷卻。利用液相電漿放電合成出類金剛石(DLC)，獲得包含DLC成分的複合滲層。部分研究成果獲湯姆.貝爾青年作者獎。本項目的完成不僅發展和豐富現有的滲硼及多元共滲理論，而且為鋼鐵材料表面強化提供了一種快速滲硼新方法，具有較大套用價值。
