純鐵高頻低壓等離子體浸沒離子注入及氮化研究.pdf

1、金屬鈾是重要的核材料，但其在使用環(huán)境中易被腐蝕，因而鈾表面防腐蝕技術長期以來都是核材料領域的重要研究課題。離子注入由于其改性層與基體逐漸過渡，不會剝落而在材料防護上具有獨特的技術優(yōu)勢。為了研究鈾氮化后的耐磨抗蝕性，本文選用工業(yè)純鐵作為模型材料，采用高頻低壓等離子體注入(HLPⅢ)及氮化技術在工業(yè)純鐵(模擬材料)上進行氮離子注入及氮化處理，研究射頻功率及氧分壓對氮化后樣品表面結構、成分及性能的影響。在此基礎上，將高頻低壓等離子體注入(HL

2、PⅢ)及氮化技術應用到異型零件(如球)上，研究脈沖頻率對其表面改性層均勻性及性能的影響。
　　 利用X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)對改性層的相結構、成分及斷面組織進行分析；利用HXD-1000 knoop顯微硬度儀和CSEM銷盤式摩擦磨損實驗機評價改性前后工業(yè)純鐵的硬度及耐磨性等機械性能；利用電化學腐蝕實驗評價了改性后工業(yè)純鐵的耐腐蝕性。依據(jù)電化學腐蝕中的極化曲線，用電量法計算改性層的

3、孔隙率。
　　 研究結果表明，采用高頻低壓等離子體浸沒離子注入(HLPⅢ)及氮化技術能在純鐵表面制備出結構致密、耐磨性和耐腐蝕性能優(yōu)良的氮化物改性層。射頻功率影響鐵氮化合物的形成，并隨著射頻功率的增加，氮化層厚度增加，由1μm左右增至3μm左右，純鐵的表面硬度、耐磨性和耐腐蝕性提高。射頻功率為600W和800W時，純鐵表面的硬度相差不大，但800W時純鐵的耐磨性和耐腐蝕性優(yōu)于600W。真空室中殘余的氧對氮化物的形成有很大的影響，

4、當氧分壓小于6.5×10-3pa時，殘余氧的存在不影響氮化層的結構和性能，表面改性層主要由Fe2N和Fe3N相組成，樣品具有高的硬度、耐磨性和耐腐蝕性；但是，隨著氧分壓的增大(大于9.4×10-3pa)，樣品表面的相結構由Fe2N和Fe3N的混合相向Fe3N和Fe3O4的混合相轉(zhuǎn)變，硬度和耐磨性降低，耐腐蝕性下降。球經(jīng)高頻低壓等離子體浸沒離子注入及氮化處理后，樣品表面的硬度、耐磨性和耐腐蝕性顯著提高，具有較好的均勻性。脈沖頻率對球表面均