不銹鋼多用于強(qiáng)化學(xué)腐蝕的工況下,在醫(yī)藥、食飲等民用加工業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。但由于硬度低、耐磨性差,使其在許多場合應(yīng)用受到制約。如在顆粒懸浮液中、零件處于相對摩擦工況時,耐磨性就成為突出矛盾。近20年來,離子滲氮技術(shù)的發(fā)展和完善為不銹鋼表面硬化開創(chuàng)了重要的技術(shù)途徑,離子滲氮已成為不銹鋼、鈦及其合金表面強(qiáng)化方法的較好選擇。

　　1、離子滲氮處理不銹鋼的優(yōu)點

　　(1) 不銹鋼表面通常由一層*薄**密的鈍化膜(Cr2O3、Fe2O3、NiO等)所覆蓋。這種鈍化膜堅固穩(wěn)定,具有很強(qiáng)的阻滲效應(yīng)。在離子滲氮的工況下,由于等離子以高速能勢連續(xù)轟擊工件以及由此產(chǎn)生的濺射效應(yīng),可、全過程地摧毀不銹鋼表面的原生鈍化膜和再生鈍化膜,活化金屬亞表層,從而利于氮的吸附和擴(kuò)散。

　　(2)離子滲氮在保持較高表面硬度的同時,能夠硬化層深度,從而獲得更密實的滲氮層。密實的滲氮層是獲得高耐磨性的前提,有研究證明,離子滲氮的零件比氣體滲氮的零件耐磨性高 1倍,且滲層梯度平緩,與基體無明顯界限,通?？稍?500 ~550℃下進(jìn)行,離子滲速是氣體滲速的2倍。

　　(3) 離子滲氮是在較低的溫度和較快的速度下進(jìn)行,故零件耐蝕性比氣體滲氮要好,光潔度更好,滲氮后單面增量形變不大于 0.02mm,比氣體滲氮小1倍,可作為件的**一道加工工序。

　　(4) 離子滲氮可采用遮蓋法進(jìn)行局部掩蓋來實現(xiàn)零件局部表面滲氮,使未滲氮的不銹鋼表面仍保持原有的耐蝕性。

　　(5) 離子滲氮可較充分的控制滲層組織,可添加催滲劑提高滲氮效果。試驗表明,采用丙酮、稀土元素、鈦和多種活化劑共滲,滲速可提高 20%左右。

　　2、滲氮不銹鋼的選材

　　2、1　滲氮不銹鋼分類滲氮不銹鋼主要包括馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼與沉淀硬化型不銹鋼 3類。其中馬氏體系列的主要有 1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr5Mo、1Cr13Al與 2Cr13Mo等; 奧氏體系列的主要有: 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2Ti與 4Cr14Ni14W2Mo等;還有以 0Cr17Ni4Cu4Nb為代表的沉淀硬化型不銹鋼系列,均有良好的滲氮硬化效果。另外,鐵素體的Cr17、Cr17Ti及馬氏體奧氏體的 15CrMoV等也有良好的滲氮效果。

　　2、2　滲氮不銹鋼的選材從可滲性好的角度出發(fā),選用與氮親合力強(qiáng)的多合金元素不銹鋼有利于滲氮處理。首先這些元素可使基體組織在較高溫下具有穩(wěn)定性,因此可使零件在較高溫度下進(jìn)行滲氮,也使零件變形減小,滲氮時間縮短。有資料表明,鋼中含有 0.6% ~1%釩,不但能細(xì)化晶粒,而且滲氮時在晶粒內(nèi)部和晶粒邊界析出分散的氮化物,消除鉻鋼在滲氮時沿晶粒邊界的連續(xù)氮化物網(wǎng),顯著提高滲層的耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度,適于零件保持高精度。不銹鋼中含鈦對滲氮也有良好的影響,不但可以在高溫下保持組織的穩(wěn)定性,而且是滲氮的催滲劑。當(dāng)鋼中鈦與碳比(質(zhì)量比 )為 6 5 ~9 5時,可使?jié)B氮層硬度明顯提高,含鈦鋼的滲氮溫度可在600℃下進(jìn)行,滲氮后可用于中等負(fù)荷、 高摩擦和交變負(fù)荷下工作。合金元素可以在滲氮亞表面層形成細(xì)小彌散堅硬的氮化物骨架,如Cr2N,硬度可達(dá)1600HV;含Mo的合金鋼,滲氮后形成氮碳化合物,硬度可達(dá)1800HV;Ti的滲氮物Ti2N、TiN硬度為 1200 ~2000HV;V的滲氮物硬度可達(dá) 1900HV;含Al鋼對滲氮效果更有獨到之處。實踐證明,馬氏體不銹鋼比奧氏體不銹鋼更易滲氮處理。如 2Cr13 不銹鋼離子滲氮 8h, 可形成0. 15mm的滲層和 700 ~800HV的硬度;而 1Cr18Ni9經(jīng)離子滲氮 10h僅能形成 0. 08 ~0. 12mm的滲層,即使再延長時間,其后的滲速也很慢,可見在耐蝕性允許的情況下,為提高耐磨性 ,應(yīng)優(yōu)先考慮馬氏體不銹鋼可滲性好的優(yōu)勢。通常奧氏體不銹鋼在滲氮過程中,因氮在其中的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)低于αFe,大量合金元素的存在(例如 1Cr18Ni9Ti含合金元素 30%左右,是 2Cr13的 2倍),它們將阻礙氮原子擴(kuò)散過程的進(jìn)行,因此可以獲得較高表面硬度,而要獲得較深滲層厚度就比較困難。

　　2、3　滲氮不銹鋼的使用范圍馬氏體不銹鋼中, 1Cr13、2Cr13、3Cr13在 30℃以下、弱腐蝕介質(zhì)中(如鹽水、某些低濃度有機(jī)酸、硝酸 )均有良好的耐蝕性,對海水、淡水、水蒸汽、空氣等,也有足夠的耐蝕性;Cr17、Cr17Ti可耐氧化性酸類,如一定溫度和濃度的硝酸,以及大部分有機(jī)酸 (醋酸、蟻酸、乳酸、草酸除外 )和有機(jī)鹽的水溶液;Cr17MoTi抗酸性更高,例如對有機(jī)酸(醋酸、果酸及其熱酸 ),其耐蝕性甚至比 1Cr18Ni9還好。奧氏體不銹鋼中,以1Cr18Ni9Ti為代表,通常用在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中 ,特別是Cr18Ni12Mo2Ti,耐蝕性更好,多用在低濃度硫酸,沸騰磷酸、蟻酸、醋酸 、尿素,制堿等行業(yè),以及低分子環(huán)烷酸、低分子脂肪酸制作設(shè)備,用于食飲、醫(yī)藥業(yè),產(chǎn)品更“ 綠化”。以上材料,經(jīng)離子滲氮處理后,均可達(dá)到表面硬化效果,多用于離心泵的口環(huán)、軸保護(hù)套 、葉輪、承磨環(huán)、柱塞泵的活塞、連桿套等,以及攪拌器下軸套、離心機(jī)推料盤、刮刀、以及高壓閥座及閥桿等,使用壽命成倍增加。