不銹鋼表面離子滲氮(碳)技術(shù)

不銹鋼應用范圍十分廣泛。面對當前資源嚴重短缺的現狀，采用各種強化措施來(lái)改善已開(kāi)發(fā)不銹鋼鋼種的性能，進(jìn)一步發(fā)揮各種不銹鋼的優(yōu)勢，拓展其應用范圍，是一項迫切而意義深遠的工作。表面改性處理是低成本而有效提高材料表面硬度、耐磨性和抗疲勞性能的重要方法。

由于不銹鋼表面氧化膜的存在，使一般的氣體滲氮很難進(jìn)行。雖然表面活化處理后的不銹鋼可以進(jìn)行氣體滲氮處理，但是工序復雜，不易控制，所以人們逐漸采用了一些新的滲氮工藝技術(shù)。離子滲氮技術(shù)就是其中應用最廣的一種。常規離子滲氮是在 500～560℃溫度下的N2和H2或NH3混合氣氛中進(jìn)行的。由于離子滲氮能直接去除不銹鋼表面的鈍化膜，并易于實(shí)現局部滲氮和較容易控制氮勢，在不銹鋼表面強化方面顯示出較大優(yōu)越性。對一些馬氏體不銹鋼進(jìn)行離子滲氮的結果表明，離子滲氮可有效地在不銹鋼表面形成一定厚度的滲氮層，而不需要進(jìn)行去除氧化膜的預處理。滲氮后的不銹鋼硬度和耐磨性均有顯著(zhù)提高。但是常規的離子滲氮容易在不銹鋼表面形成CrN而使基體出現貧鉻，進(jìn)而降低不銹鋼的耐蝕性。所以，盡管經(jīng)離子滲氮處理后不銹鋼的表面硬度、耐磨性和抗擦傷、抗膠合能力有大幅度提高，但若處理不當，容易發(fā)生表層剝落、硬化層(滲氮層) 厚度不均勻以及耐腐蝕性大幅下降等質(zhì)量問(wèn)題。

為了避免高溫下形成CrN，損害不銹鋼固有的耐蝕性，必須發(fā)展低溫處理方法。上世紀80年代研發(fā)了等離子體低溫滲氮研究，很好地解決了奧氏體不銹鋼經(jīng)處理后耐蝕性降低的技術(shù)難題。該技術(shù)的關(guān)鍵是在低溫下(350～450℃) 進(jìn)行，以避免形成CrN而使基體貧鉻后耐蝕性下降。

盡管低溫滲氮技術(shù)克服了滲氮后不銹鋼耐蝕性下降的問(wèn)題，但離子滲氮也有其本身的缺點(diǎn)，如邊界效應、空心陰極效應，以及工件溫度不均等。為了克服離子滲氮的缺點(diǎn)，人們開(kāi)發(fā)了活化屏離子滲氮技術(shù)。在活化屏滲氮技術(shù)中，工件處于懸浮狀態(tài)，離子轟擊金屬屏而不是工件本身。與常規離子滲氮相比，該技術(shù)可以處理不同形狀的工件，并能消除邊緣效應以及空心陰極效應，還能方便地測量工件的溫度。對 AISI 420馬氏體不銹鋼的活化屏滲氮行為的研究表明，新工藝不僅消除了邊界效應，而且具有更高的滲氮效率，同時(shí)還可以完全消除由邊界效應引起的腐蝕環(huán)。

與滲氮相似，對不銹鋼進(jìn)行滲碳處理也可分為氣體滲碳和離子滲碳兩大類(lèi)型。傳統氣體滲碳溫度很高，一般在800～1000℃，所以對不銹鋼很少使用，主要采用低溫離子滲碳技術(shù)。低溫離子滲碳處理通常在550℃以下進(jìn)行，所用氣體為H2和CH4或C2H2的混合氣體。