本文關(guān)鍵詞：機械合金化制備高氮不銹鋼及高氮不銹鋼涂層的研究

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【摘要】：以氮代鎳的低成本高氮不銹鋼,以其有優(yōu)異的機械性能、耐蝕性能及生物相容性倍受青睞,其研究和開發(fā)受到國內(nèi)外的高度重視。然而,氮在鐵中的溶解度僅為0.045%,為獲得高氮含量需要選擇合適的生產(chǎn)工藝。因此,本文基于機械合金化技術(shù)開展以氮和錳代鎳制備高氮不銹鋼及高氮不銹鋼涂層的研究。實驗首先以氮氣為氮源,將純金屬粉末混合物在循環(huán)通氮條件下球磨,利用固-氣反應(yīng)實現(xiàn)粉末的氮化。研究了球磨時間和循環(huán)通氣次數(shù)對粉末及燒結(jié)試樣的微觀結(jié)構(gòu)、氮含量、物相及性能的影響,并對氮氣條件下機械合金化制備高氮不銹鋼粉末的機理進行探討。結(jié)果表明,增加球磨時間和循環(huán)通氣次數(shù)能增加粉末中氮含量,促進α-Fe相向γ-Fe相的轉(zhuǎn)變,細化晶粒,同時有利于粉末燒結(jié)后試樣獲得完全的奧氏體結(jié)構(gòu)及較高的致密度、顯微硬度和耐蝕性能。其次,以氮化鉻和氮氣為氮源,將氮化鉻和金屬粉末的混合物在氮氣中球磨,利用固-固反應(yīng)和固-氣反應(yīng)實現(xiàn)粉末的氮化。研究了球磨時間對粉末及燒結(jié)試樣的微觀結(jié)構(gòu)、氮含量、物相及性能的影響,并對氮在機械合金化過程中的變化行為進行合理探討。結(jié)果表明,增加球磨時間有利于粉末中的氮化鉻顆粒的溶解,增加基體粉末中的氮含量。球磨30h后,獲得氮含量為3.2%的完全奧氏體結(jié)構(gòu)的高氮不銹鋼粉末。粉末在氮氣中燒結(jié)后試樣中有氮化鐵相析出,試樣的顯微硬度高達549HV0.1。燒結(jié)試樣的耐蝕性能隨球磨時間的增加而改善。最后,以430鐵素體不銹鋼為基體,利用機械合金化技術(shù)將已制備的氮含量較高的高氮不銹鋼粉末涂覆到基體表面,制備一定厚度的高氮不銹鋼涂層。研究了球磨時間對涂層物相、表面和截面微觀結(jié)構(gòu)、與基體的結(jié)合強度、表面的顯微硬度、耐磨性和耐蝕性能的影響。結(jié)果表明,增加球磨時間,涂層的致密度、與基體的結(jié)合強度、表面的顯微硬度、耐磨性和耐蝕性能隨之增加。經(jīng)過9h球磨后在基體表面制備了厚度約為60μm的致密高氮不銹鋼涂層。涂層表面的顯微硬度達到478HV0.1,約為基體的2倍以上。涂層的形成改善了基體的耐蝕性能。
【關(guān)鍵詞】：機械合金化 高氮不銹鋼 氮化 球磨參數(shù) 高氮不銹鋼涂層
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 高氮不銹鋼概述13-16
• 1.2.1 氮在不銹鋼中的作用13-14
• 1.2.2 高氮不銹鋼的定義和分類14-15
• 1.2.3 高氮不銹鋼的發(fā)展歷程及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 機械合金化概述16-22
• 1.3.1 機械合金化技術(shù)發(fā)展概況16-17
• 1.3.2 機械合金化過程的機理17-19
• 1.3.3 機械合金化的工藝特點及應(yīng)用19-20
• 1.3.4 機械合金化在高氮不銹鋼制備中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3.5 機械合金化在涂層制備中的應(yīng)用研究21-22
• 1.4 本文研究內(nèi)容及擬解決的問題22-24
• 1.4.1 研究內(nèi)容和目標22-23
• 1.4.2 擬解決的關(guān)鍵問題23-24
• 第二章 實驗材料、設(shè)備及方法24-30
• 2.1 實驗成分設(shè)計及材料24-25
• 2.1.1 成分設(shè)計24
• 2.1.2 實驗材料24-25
• 2.2 實驗設(shè)備25-28
• 2.2.1 制樣設(shè)備25-27
• 2.2.2 結(jié)構(gòu)表征與性能測試27-28
• 2.3 實驗方案28-30
• 第三章 金屬粉末循環(huán)通氮制備高氮不銹鋼30-48
• 3.1 實驗過程30-31
• 3.2 工藝參數(shù)對高氮不銹鋼粉末微觀結(jié)構(gòu)的影響31-41
• 3.2.1 粉末的微觀結(jié)構(gòu)分析31-32
• 3.2.2 粉末的顆粒形貌和粒度分析32-34
• 3.2.3 粉末的氮含量分析34-36
• 3.2.4 粉末的物相分析36-38
• 3.2.5 粉末的晶粒尺寸和晶格應(yīng)變分析38-39
• 3.2.6 氮氣中機械合金化制備高氮不銹鋼粉末的機理分析39-41
• 3.3 高氮不銹鋼粉末燒結(jié)成形后的結(jié)構(gòu)和性能變化41-46
• 3.3.1 燒結(jié)試樣的氮含量分析41-42
• 3.3.2 燒結(jié)試樣的致密度和微觀結(jié)構(gòu)分析42-43
• 3.3.3 燒結(jié)試樣的物相分析43-44
• 3.3.4 燒結(jié)試樣的顯微硬度分析44-46
• 3.3.5 燒結(jié)試樣的耐蝕性能分析46
• 3.4 本章小結(jié)46-48
• 第四章 氮化物與金屬粉末通氮條件下制備高氮不銹鋼48-62
• 4.1 實驗過程48-49
• 4.2 球磨時間對高氮不銹鋼粉末微觀結(jié)構(gòu)的影響49-56
• 4.2.1 粉末的微觀形貌分析49-50
• 4.2.2 粉末的微觀結(jié)構(gòu)分析50-51
• 4.2.3 粉末的氮含量分析51-52
• 4.2.4 粉末的物相分析52-55
• 4.2.5 粉末的晶粒尺寸和晶格應(yīng)變分析55
• 4.2.6 機械合金化過程中氮的行為分析55-56
• 4.3 高氮不銹鋼粉末燒結(jié)成形后的結(jié)構(gòu)變化56-60
• 4.3.1 燒結(jié)試樣的氮含量分析56-57
• 4.3.2 燒結(jié)試樣的致密度和微觀結(jié)構(gòu)分析57-58
• 4.3.3 燒結(jié)試樣的物相分析58-59
• 4.3.4 燒結(jié)試樣的顯微硬度分析59
• 4.3.5 燒結(jié)試樣的耐蝕性能分析59-60
• 4.4 本章小結(jié)60-62
• 第五章 鐵素體不銹鋼表面制備高氮不銹鋼涂層62-76
• 5.1 實驗過程62
• 5.2 涂層的微觀結(jié)構(gòu)與成分分析62-68
• 5.2.1 涂層的宏觀形貌分析62-63
• 5.2.2 涂層的物相分析63-64
• 5.2.3 涂層的表面微觀結(jié)構(gòu)分析64-65
• 5.2.4 涂層的截面微觀結(jié)構(gòu)分析65-68
• 5.3 涂層的性能分析68-72
• 5.3.1 涂層與基體結(jié)合的強度分析68-69
• 5.3.2 涂層的顯微硬度分析69-70
• 5.3.3 涂層的摩擦磨損性能分析70-72
• 5.3.4 涂層的耐蝕性能分析72
• 5.4 鐵素體表面MA制備高氮不銹鋼涂層的機理72-74
• 5.5 本章小結(jié)74-76
• 第六章 全文總結(jié)76-78
• 參考文獻78-85
• 致謝85-86
• 攻讀碩士學位期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文86

【參考文獻】

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本文編號：530004