42CrMo鋼等離子碳氮共滲組織性能研究

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目：42CrMo鋼等離子碳氮共滲組織性能研究學(xué)生姓名：李術(shù)懷學(xué) 號：1061102220專 業(yè)：冶金班 級：冶金2010-2班指導(dǎo)教師：趙文廣摘 要對于提高鋼鐵材料表面硬度、耐磨性，傳統(tǒng)的表面處理技術(shù)仍是重要手段，但是，他們也存在著不足，例如能源消耗高、環(huán)境污染等。液相等離子電解碳氮共滲技術(shù)可以實現(xiàn)快速共滲，本文采用液相等離子電解碳氮共滲技術(shù)對42Crmo鋼進行表面改性處理，在室溫、開放的大氣壓環(huán)境、特定的電解液中應(yīng)用液相等離子體電解碳氮共滲技術(shù)對42CrMo鋼進行碳氮共滲表面改性處理來提高其工件的耐磨腐蝕性。研究了處理時間、電壓、不同的電解液濃度對碳氮

2、共滲組織、結(jié)構(gòu)與性能的影響。并利用 x射線衍射（XRD）觀察滲層的相結(jié)構(gòu)；利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察滲層的表面形貌；運用EDS 等現(xiàn)代檢測分析手段研究滲層的相組成、形貌及其元素分布變化，測試了處理試樣的耐磨、耐蝕性能。應(yīng)用直流脈沖電源，電解液為乙醇胺、氯化鈉和水的混合溶液對42CrMo鋼進行等離子體電解碳氮共滲處理。研究中發(fā)現(xiàn)，在特定的電解液中，電壓和時間是實現(xiàn)鋼鐵表面等離子體電解滲透處理的重要工藝參數(shù)。滲層的厚度隨電壓和處理時間的增加而增加；研究結(jié)果表明：滲層的最大厚度約為 100µm；在 180 V 工作電壓下、處理時間 8min左右時，得到的滲層質(zhì)量最為致密；處理時間不宜

3、過長，過長會導(dǎo)致滲層性能發(fā)生變化。在50%濃度乙醇胺電解液中以高出起弧電壓為 14V 的情況下對試樣進行處理，隨著時間的延長，滲層厚度逐漸增長，從處理時間 1min 的 5m 到處理時間為12min 時可以獲得厚度約80m 的共滲層。當(dāng)處理時為l min時，滲層較薄，厚度只有約5m的厚度。處理時間為5min時，滲層已經(jīng)明顯有45m的厚度。當(dāng)處理時間達到8min和12min時滲層厚度已經(jīng)分別達到63m和80m。利用液相等離子體電解碳氮共滲方法處理時，滲層前期生長較快，隨著處理時間的增加，滲層生長速度變慢，但是當(dāng)處理時間為12min時滲層隨時間增長還有一定的生長趨勢。關(guān)鍵詞： 液相；等離子體電解；

4、碳氮共滲；AbstraCtPlasmaeleetrolysisearbonitriding(PEC/N)teehnology15anewemergingsurfaeeteehnologythatcouldachieverapidsurfaeemodifieation.Inthisstudy,aearbonitridedlayerwasProdueedon5140steelbyPlasmaeleetrolytieearbonitridingatroomtemPeratureandatmosPhericPressure.AndtheextractionProeesswasehosenbyortho

5、gonaltest.SurfaeeanderossseetionmorphologywasinvestigatedbyoPtiealmierocoPy,seanningeleetronmieroseoPy(SEM)andtransmissioneleetronmieroseoPy(TEM).Itwasfoundthatthesurfaeemorphology15eharaeteristieofPoresandsPheroids.Partielesizeofthesurfaee15about30nmwhenthesamPlewasProeessedfor20min.EnergydisPersiv

6、esPeetroseoPy(EDS)analysisrevealsthePreseneeofnitrogenandcarbonintheearbonitridedlayer.TheeorrosioninhibitionPerformaneeofearbonitridedlayer15studiedbyPolarizationcurves.Throughthestatistiealanalysisofthetest,it15foundthatthebesteonditiontoobtainthiekcarbonitridedlayer15at125VinthesolutioneomPosedof

7、water,PotassiumehlorideandformamideaeeountingforaProPortionof80Pereentages.Andthedistaneebetweenshouldbewithin1OmmwhilesurfaeeroughLnessR"shouldbe0.13m.ThieknessofthelayerinereasesfastatthebeginningbutslowsdownaeeomPaniedbytheinereaseoftheProeessingtime.WhenthesamPlewastreatedforZOmin,a58mthiek

8、earbonitridedlayerformed,withaeorresPondingViekershardnessof650HV0.05.TheearbonitridedlayereonsistsofatoPwhitelayer,aninLnerwhitelayerandadiffusionlayer.XRDstudyeombinedwithselectedareaelectrondiffraetion(SAED)analysiseonfirmsthatthetoPWllitelayer15mainlyeomPosedofeomPoundsineludings3N,Fe5CZandFe3C,

9、whilethein-nerlayer15verified,forthefirsttime,tobemadeofaFe(N)martensite.StudyofPolarizationeurvesindicatesthatearbonitridedlayergreatlyimProvestheeorrosionresistanceof40Cr.Keywords:plasmaeleetrolysis,earbonitriding,martensite,hardness第1章 目錄摘要.Abstract1 緒論1.1碳氮共滲技術(shù). 1.1.1碳氮共滲技術(shù)的工藝特點.1.1.2碳氮共滲技術(shù)的基本原理

10、.1.2碳氮共滲工藝的分類1.2.1氣體碳氮共滲工藝1.2.2液體碳氮共滲工藝1.3中碳鋼液相等離子體電解碳氮共滲技術(shù)的發(fā)展背景1.3.1等離子體基礎(chǔ).1.3.2等離子體表面技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r1.3.3液相等離子體電解強化技術(shù)1.3.4等離子電解的物理化學(xué)基礎(chǔ)1.4液相等離子體電解碳氮共滲工藝參數(shù)1.4.1電解液.1.4.2臨界電壓1.4.3液相等離子體電解的熱過程1.5選題的目的和主要研究內(nèi)容2實驗方法. 2.1驗儀器設(shè)備及原料2.1.儀器設(shè)備2.1.2實驗原料2.2分析與測試方法2.2.1相結(jié)構(gòu)分析2.2.2表面輪廓分析2.2.3顯微組織與成分分析2.2.4滲層顯微硬度測定.3參數(shù)對滲層的影響

11、3.1主要工藝的確定3.1.1實驗方案3.1.2電解共滲過程電流一電壓曲線3.1.3電解液配方確定3.1.4工作電壓的確定.3.2工藝參數(shù)的正交實驗3.2.1正交實驗表3.2.2正交實驗結(jié)果討論3.3各影響因素分析3.3.1時間對滲層厚度的影響.3.3.2有機溶液含量對滲層厚度的影響3.3.3電極間距對滲層厚度的影響3.3,4小結(jié)4處理時間對碳氮共滲層組織與性能的影響4.1滲層截面組織與結(jié)構(gòu)分析4.1.1不同處理時間下滲層截面組織觀察4.1.2對滲層的XRD分析和TEM分析4.1.3滲層截面顯微硬度分析. 4.2不同處理時間下試樣的表面特性分析4.2.1不同處理時間下試樣表面輪廓分析 4.2.

12、2不同處理時間下試樣表面形貌及元素分析4.2.3不同處理時間下試樣表面硬度分析4.2.4機理分析4.3碳氮共滲層的耐蝕性能分析5結(jié)論第1章 緒論1.1 選題的意義據(jù)統(tǒng)計，世界鋼產(chǎn)量的1/10由于腐蝕而損失。機電產(chǎn)品在制造和使用中大約1/3的能源直接好于摩擦損失，且提前失效的原因70%屬于腐蝕和磨損。金屬工件在使用過程中，不可避免的伴有疲勞、磨損、腐蝕等情況的發(fā)生，使得工件的性能下降、壽命降低1。據(jù)英國 1966 年估計，每年因磨損造成的損失約 5.5億英磅；美國 1975 年估計，因磨損和腐蝕每年分別約損失 1000 億和 700億美元；我國 1981 年估計，1980 年因磨損和腐蝕造成的經(jīng)

13、濟損失約為當(dāng)年生產(chǎn)總值的 8%2。這些情況往往發(fā)生于零件的表面，而通過各種表面處理技術(shù)改善零件的表面性能，會有效的提高零件的耐蝕性和耐磨損能力，延長其使用壽命，節(jié)約資源，提高生產(chǎn)力。由于腐蝕和磨損都發(fā)生在材料表面，采用表面工程技術(shù)對于改變材料表面的耐磨性、耐腐蝕性，是科學(xué)工作者經(jīng)常采用的技術(shù)手段2。等離子碳氮共滲技術(shù)是鋼鐵表面處理的主要手段，是一種新型的表面改性技術(shù)，是近幾年發(fā)展起來的。目前鋼鐵表面的化學(xué)熱處理工藝主要有有滲碳、滲氮和碳氮共滲，這些工藝采用氣體滲碳（氮）、液體滲碳（氮）、離子滲碳（氮）、氣體碳氮共滲，這些工藝所需要的時間長、損耗的能量大、效率低、成本高等缺點。為此本課題研究一種

14、新的表面處理技術(shù)液相等離子體電解碳氮共滲技術(shù)。等離子體電解滲透技術(shù)屬于等離子體電解沉積的范疇3，等離子體電解沉積(plasma electrolytic deposition，PED)是一種利用等離子體電解進行材料表面改性的新興技術(shù)。在特定的電解液中，如果陰陽兩極之間的電壓超過一定的范圍，就會發(fā)生放電現(xiàn)象，這類電解可以稱為等離子電解(plasmaelectrolysis)4。等離子體是一種電離的混合氣體,由電子、離子、原子及分子組成混合氣體,整個體系呈中性,與一般氣體具有不相同的性質(zhì),其內(nèi)的粒子，如電子、離子、中性粒子一般都具有較高的能量,進行各種化學(xué)反應(yīng)時,都是在較高的激發(fā)狀態(tài)下進行的,與普

15、通的化學(xué)反應(yīng)相比，有很大的區(qū)別。這樣通常使得等離子體內(nèi)的原子或分子的性質(zhì)發(fā)生改變,惰性氣體的活潑性也會變的很強。等離子體內(nèi)部粒子的質(zhì)量有很大的差別,各種粒子的運動也不同,由于它是電離的氣體,所以不能發(fā)生普通反應(yīng)。它是一種能導(dǎo)電的流體,在磁場作用下能發(fā)生運動，其運動情況與普通氣體有很大的差別。"。由于它是氣體放電，在電解液中會形成不同于固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)的物質(zhì)，稱為“等離子體態(tài)”。等離子體的英文名稱Plasma0,這是1927年朗繆爾(langmuir)在研究低壓下汞蒸氣放電現(xiàn)象時,給這樣一種導(dǎo)電氣體所起的名字56。對于鋼鐵材料表面的處理，采用的是等離子電解共滲技術(shù)，將鋼件放置于特定的電

16、解液中，采用電化學(xué)的方法，在材料表面獲得滲透層的一種表面處理技術(shù)。目前這項技術(shù)的研究也有一定的局限性，所進行的研究主要集中在陰極等離子體電解共滲技術(shù)：聶學(xué)淵7和 A.L.Yerokhin8等人進行了研究，他們利用尿素作為電解液，對不銹鋼進行等離子體碳氮共滲處理；M.Tarakci9等人是在甘油電解液體系下對純鐵進行等離子體電解滲碳處理；本文所研究的是在乙醇胺體系下，電解液為乙醇胺、氯化鈉和等離子水的混合液，甲酰胺、尿素電解對42CrMo鋼分別進行等離子體電解碳氮共滲處理。電解液體系是由無機鹽組成的水溶液，導(dǎo)電性很好9。液相等離子體電解碳氮共滲滲透技術(shù)是在開放的大氣壓和室溫環(huán)境下進行的，解決了傳

17、統(tǒng)碳氮共滲在封閉的真空爐的缺點。在特定的電解液中進行，一定的電壓下，處理幾分鐘的時間就可獲得硬度高、耐磨性、耐蝕性較好的滲層。該技術(shù)處理時間短、工藝簡單、應(yīng)用范圍廣、能耗低、污染小等優(yōu)點，因此是一種很應(yīng)用前途非常廣泛的表面處理技術(shù)，受到很多材料科學(xué)家的關(guān)注和研究10。1.2鋼鐵的碳氮共滲技術(shù)1.2.1碳氮共滲技術(shù)的工藝特點碳氮共滲是將工件置于能產(chǎn)生碳、氮活性原子的介質(zhì)內(nèi),通過加熱與保溫,使工件表面吸收碳，氮原子并向內(nèi)部擴散,形成具有一定碳氮濃度和一定厚度碳氮共滲層的化學(xué)熱處理工藝11。最早的碳氮共滲是在含有氰根的鹽浴中進行的,故又稱高溫氰化12。碳氮共滲零件的性能介于滲碳和滲氮零件之間。碳氮共

18、滲主要是以滲碳為主，用于提高鋼件的硬度、耐磨性和疲勞性。 碳氮共滲是以滲碳為主，由于共滲過程多了氮的參與，使其物理化學(xué)過程和滲層性質(zhì)等方面有其自身的特點。由于氮的加入,碳氮共滲與滲碳相比有以下特點13：（1） 滲層相變溫度降低，因此碳氮共滲能在較低溫度下進行，共滲后奧氏體晶粒不至于長大，工件不易過熱，便于直接淬火，淬火變形小。（2） 滲層深度與滲入速度增加，在相同溫度和時間條件下，碳氮共滲層的深度遠大于滲碳層的深度。即在相同條件下，碳氮共滲的速度遠大于滲碳的速度，縮短了處理時間。但碳氮共滲的滲層較滲碳層薄，在0.25-0.6范圍。（3） 降低了滲層的馬氏體相變溫度，致使淬火后殘余奧氏體較多，硬

19、度有所下降，但一般具有較高的耐磨性。（4） 滲層的臨界冷卻速度，提高了滲層的淬透性，使工件能在更低的冷卻速度下淬硬表層，并減少淬火變形和開裂傾向。1.2.2 碳氮共滲技術(shù)的基本原理碳氮工滲是以滲碳為主同時滲入氮的一種化學(xué)熱處理工藝，共滲時，加到氣體滲碳氣氛中的氨分解成氫和單原子氮，氮與來自滲碳氣體的碳一起吸附在工件的表面上。由于氮的同時滲入，鐵碳的共析轉(zhuǎn)變溫度可以降低，使共析轉(zhuǎn)變能在較滲碳為低的溫度下進行，因而處理溫度較低。同時由于氮的作用,馬氏體臨界冷卻速度也得以降低，可在較緩和的淬冷介質(zhì)中淬冷，減小淬冷畸變和開裂的傾向。碳氮共滲層有碳氮組成的化物，能提高材料的硬度、耐磨性。材料工件表面的碳

20、、氮含量和滲層的深度，取決于氣氛中的碳勢、溫度、時間。碳氮共滲層深度比一般的滲碳層的深度淺，一般為0.05一0.75毫米。碳氮共滲層淬冷后，在顯微鏡下觀察，其組織為馬氏體、殘余奧氏體、碳化物和碳氮化合物，心部為低碳馬氏體或含有非馬氏體組織。 碳氮共滲與其他化學(xué)熱處理一樣，可分為分解、吸附和擴散三個連續(xù)階段。（1） 分解過程 滲劑通過一定溫度下的化學(xué)反應(yīng)或蒸發(fā)作用，形成含有滲入元素的活性介質(zhì)，然后通過活性原子在滲劑中的擴散運動而達到工件表面。單純的分解反應(yīng)要求分度高?；瘜W(xué)熱處理時，通常是利用置換反應(yīng)和還原反應(yīng)，一般增加濃度禾盛高溫度，能增加反應(yīng)速度。（2） 吸收過程 滲入元素的活性原子吸附于工件

21、表面并發(fā)生相界面反應(yīng)，即活性物質(zhì)與金屬表面發(fā)生吸附-分解反應(yīng)。一切固體都能或多或少把周圍介質(zhì)中的分子、原子或離子吸附到自己表面上來。金屬表面原子的結(jié)合鍵比內(nèi)部原子少，存在著指向空間的剩余引力。當(dāng)周圍介質(zhì)中的分子、原子或離子碰撞到固體表面時，變被其吸收，并降低其表面能。（3） 擴散過程 吸附的活性原子從工件表面向內(nèi)部擴散，并與金屬基體形成固溶體或化合物。1.2.3 碳氮共滲工藝的分類 （1）氣體碳氮共滲工藝氣體碳氮共滲（Cas Carbonitriding，Dry cyaniding）常用的介質(zhì)可分為兩大類。一類是滲碳介質(zhì)中加氨；另一類是含有碳元素的有機化合物。前者可用于連續(xù)作業(yè)爐，也可用于周期

22、式作業(yè)爐；后者主要用于滴注式氣體碳氮共滲。共滲工藝：共滲溫度兼顧心部強度和淬火變形，一般常選在820880之間。共滲時間取決于滲層的深度。層深與時間的關(guān)系也符合拋物線規(guī)律：H=kt* （2）液體碳氮共滲工藝 液體碳氮共滲（Liquid Cyaniding，Cyaniding）通常是利用氰化鹽分解出活性碳氮原子滲入剛件表面而得到碳氮共滲層，所以也成為液體氰化。氰化鹽分解產(chǎn)生的碳氮原子滲入鋼件表面得到以碳為主的碳氮共滲層，一般的氰化鹽浴通常是指由產(chǎn)生活性碳氮原子的滲劑（NaCN或KCN）；調(diào)整鹽浴熔點、流動性的中性鹽（NaCI或KCI）以及促進化學(xué)反應(yīng)的碳酸鈉組成。常用的配方成分為 30%NaCN

23、+25%Na2CO3+45%NaCI其熔點為605度，使用溫度在760870度之間。加熱時，NaCN與空氣和鹽浴中的氧化作用，生成氰酸鈉。2NaCN+O2=2NaCNO氰酸鈉不穩(wěn)定，繼續(xù)被氧化和自身分解，產(chǎn)生活性碳氮原子。25NaCNO+O2=Na2CO3+CO+2CN4NaCNO=Na2CO3+CO+2N+2NaCN由以上看出，鹽浴的活性取決于NaCNO的含量。1.3液相等離子體電解技術(shù)的發(fā)展背景及過程 一個多世紀(jì)以前科學(xué)家 Sluginov 等人就發(fā)現(xiàn)了液相電解過程中伴隨有放電現(xiàn)象的發(fā)生， Gunterschultze 和 Betz等人在理論上對此現(xiàn)象也有過深入研究，但其研究成果直到二十世

24、紀(jì)60年代才被 McNiell 和 Gruss 開發(fā)出來，并且應(yīng)用到實際當(dāng)中。當(dāng)時McNiell 和Gruss使用火花放電，在含有 Nb 的電解液中將鈮酸鎘沉積在鉻電極上14-15。70 年代 Markov 等人采用電弧放電氧化沉積技術(shù)，研究了如何在鋁陽極表面進行氧化沉積。由于此項技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，逐漸被大家認同并命名為“微弧氧化”。80 年代Snezhko、Markov、Fyedorov、Gordienko 以及德國 Kurze 等人研究了表面放電效應(yīng)，使金屬表面出現(xiàn)沉積的可能性。其中有些已經(jīng)進入了早期工業(yè)化應(yīng)用的階段了。隨后美國和中國的研究者們也開始在這方面加入研究。由于對處理過程中放

25、電現(xiàn)象解過于簡單，在相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，該處理工藝的術(shù)語還不統(tǒng)一?？茖W(xué)家們把此技術(shù)命名為“微等離子體氧化”、“陽極火花電解”、“等離子電解陽極處理”等許多名稱，直到最后才被統(tǒng)一為“等離子電解氧化16-17”。 1.3.1.等離子體技術(shù)的基礎(chǔ)等離子體是一種導(dǎo)電流體,當(dāng)施加顯著的高溫或高能量時,中性的物質(zhì)就會被電離成電子、離子和自由基,這些高能粒子能在較高的能量狀態(tài)下進行各種化學(xué)反應(yīng),但整個體系的正負電荷相等而呈中性。等離子體是電離的氣體,內(nèi)部各粒子的質(zhì)量相差很大,且運動有明顯的差別,被列為除固體、液體、氣體以外的第四種物態(tài),稱為等離子體(Plasma) 17。與固、液、氣三態(tài)相比,等離子體在組成

26、和性質(zhì)上均有本質(zhì)區(qū)別,與高溫氣體之間也有著明顯的差異。等離子體和普通氣體性質(zhì)不同,普通氣體由分子構(gòu)成,分子之間相互作用力是短程力,僅當(dāng)分子碰撞時,分子之間的相互作用力才有明顯效果,理論上用分子運動論描述。在等離子體中,帶電粒子之間的庫侖力是長程力,庫侖力的作用效果遠遠超過帶電粒子可能發(fā)生的局部短程碰撞效果,等離子體中的帶電粒子運動時,能引起正電荷或負電荷局部集中,產(chǎn)生電場，電荷定向運動引起電流,產(chǎn)生磁場。電場和磁場要影響其他帶電粒子的運動,并伴隨著極強的熱輻射和熱傳導(dǎo)。等離子體能被磁場約束作回旋運動等。等離子體的這些特性使它區(qū)別于普通氣體被稱為物質(zhì)的第四態(tài)。等離子體有許多獨特的物理化學(xué)性質(zhì):溫

27、度高、粒子動能大、作為帶電粒子的集合體,具有類似金屬的導(dǎo)電性能?；瘜W(xué)性質(zhì)活潑,容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。等離子體的特性歸結(jié)于等離子體內(nèi)部電子和氣體分子間的碰撞,以電子碰撞雙原子分子為例:若碰撞能量小,則發(fā)生彈性碰撞,電子的動能幾乎不會改變;若碰撞能量很高,分子中繞核運動的低能電子,就會在碰撞中獲得足夠高的能量,被激發(fā)至離核能較遠的高能級軌道上運動。這種處于高能級狀態(tài)的分子稱為激發(fā)分子,激發(fā)態(tài)分子中的電子從高能級狀態(tài)回到低能級時,便以發(fā)光的形式來釋放多余能量。電子對分子AB的碰撞可以使之分解成A原子和B原子(離解) 18等離子體按產(chǎn)生的機制可分為天然等離子體和實驗室等離子體。天然等離子體大量存在于在自然

28、界中,宇宙中99%以上的物質(zhì)都是以等離子狀態(tài)存在的,如太陽就是溫度達幾千萬度的等離子體聚集態(tài)。實驗室等離子體是人工產(chǎn)生的等離子體,通常以放電、微波加熱、激光加熱、高能粒子轟擊方法產(chǎn)生等離子體,通過低壓氣體放電使中性粒子電離是最常用的人工產(chǎn)生等離子體的方法。一般情況下氣體是不導(dǎo)電的,當(dāng)氣體受到外界較強的電場作用時,可引起氣體放電,即成為導(dǎo)體。放電的類型有多種,它們的共同特點是都存在自由電子和電場。首先由外界輻射源使之產(chǎn)生一些自由電荷,然后這些電荷在足夠強的電場作用下增殖,從而使電流迅速增加。如果電荷的增加非常強烈,外界輻射源不再起作用,此類放電為自持放電。電子在電場作用下加速,獲得足夠的能量,與

29、氣體分子碰撞因而使氣體分子電離,并產(chǎn)生出新的電子,造成連鎖反應(yīng)而形成等離子體,電離產(chǎn)生的等離子體具有如下特點19：（1）它們由外加電場驅(qū)動;（2）其中某些重要的物理過程是帶電粒子和中性氣體分子間的碰撞;（3）存在某些邊界效應(yīng),在這些邊界處粒子的表面損失是重要的;（4）穩(wěn)態(tài)放電過程是通過不斷電離中性粒子來維持的;（5）電子和離子之間不存在熱平衡"從普通氣體轉(zhuǎn)化為等離子體,每個粒子需要1一30eV的能量,等離子體是能量較高的物質(zhì)聚集態(tài),其中的粒子具有較高的活性。1.3.2 等離子體技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r 隨著等離子體技術(shù)快速發(fā)展,實驗室產(chǎn)生的等離子體不再局限于真空低氣壓氣體放電,產(chǎn)生等離子體的環(huán)境

30、從真空到大氣壓到液相放電,發(fā)展越來越全面,越來越成熟。從應(yīng)用的角度來看,產(chǎn)生真空環(huán)境產(chǎn)生的等離子體，需要復(fù)雜的真空系統(tǒng)設(shè)備，其缺點為費用要求高、條件苛刻。如果在大氣壓下放電，代替等離子體,效率將會提高。按放電環(huán)境，實驗室產(chǎn)生的低溫等離子體可以分為:氣體環(huán)境和液體環(huán)境,氣體環(huán)境又可分為真空環(huán)境和大氣壓環(huán)境。在工業(yè)生產(chǎn)中，大氣壓低溫等離子體受到非常廣泛的應(yīng)用,它有獨特的性質(zhì)，在現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的領(lǐng)域中，能實現(xiàn)重大突破。在液體環(huán)境中產(chǎn)生的等離子體稱為液相等離子體,包括微弧氧化、非平衡放電等離子體及電解等離子體沉積等17。液相等離子體放電的研究起始于水溶液中的瞬間放電現(xiàn)象，人們認識到,瞬間放電能在水中形成

31、等離子體通道,而放電通道內(nèi)的等離子體具有很高的能量,可產(chǎn)生高溫、沖擊波和很強的紫外光輻射。等離子與材料表面撞擊時會將能量傳遞給材料表面的原子和分子,該過程會產(chǎn)生一系列的物理和化學(xué)過程,一些粒子會注入到材料表面,與基體的原子或分子一起碰撞、散射，引起激發(fā)、重排、異構(gòu)缺陷、晶化及非晶化等,從而改變材料的表面性能201.3.3液相等離子體強化技術(shù) 液相等離子體電解滲碳、滲氮及碳氮共滲技術(shù)解決了傳統(tǒng)離子滲氮必須在封閉的真空爐中進行的問題,該技術(shù)可以在大氣壓和室溫下進行。碳氮共滲過程中,工件作為陰極,對極用不銹鋼板或石墨電極,在特定的電解液中,以一定的電壓處理兒分鐘即可獲得硬度高、耐磨性、耐蝕性好的滲層

32、20。該技術(shù)具有效率高、能耗少、應(yīng)用范圍廣、環(huán)境污染小等優(yōu)點。1.4 液相等離子體電解放電現(xiàn)象 液相等離子電解的放電現(xiàn)象可分為以下幾個過程：1、正常的電極反應(yīng)階段當(dāng)沒有電流流過的時候，電極溫度和電解液的溫度是相同的。當(dāng)電流強度升高到使電極反應(yīng)時，電極表面的溫度要高于周圍電解液溫度，從電極表面上的氣泡就可分析出原因上。反應(yīng)過程中，電極周圍的氣泡開始逐漸增多，形成“氣泡墻”，因此電極的導(dǎo)電的途徑變成了周圍氣泡墻的導(dǎo)電。由于“氣泡墻”的電流強度比較高，氣泡墻內(nèi)歐姆熱的消耗要高于其他地方電解液歐姆熱的消耗，因此電極表面及其附近的溫度升高的比較快。由于電極附近電解液溫度的升高，會使整個系統(tǒng)的導(dǎo)電性提高，

33、因此，在恒壓下工作的系統(tǒng)，其電流會逐漸上升，處理過程的第一階段過渡到第二階段有一定的促進作用。2、過渡階段當(dāng)試樣表面周圍溫度升高到 約100左右時，電極周圍的氣泡非常多，體積也非常大，這時周圍電解液的溫度會近似達到沸點。如果繼續(xù)升高溫度，會有起弧放電的現(xiàn)象產(chǎn)生，在處理過程中能聽見電解液的噴濺聲和嘶嘶聲。導(dǎo)致電極周圍的電流密度增加致使電極溫度達到電解液的沸點。在該階段，隨著電壓的增加，電流反而轉(zhuǎn)為下降。對此，如圖 1-2 顯示的“過渡階段”的氣泡墻的蒸發(fā)導(dǎo)致了電極周圍形成了更加完整的氣膜，在過渡階段，這些氣膜的壽命卻是十分短暫的。在這個階段時常形成后不久就破裂（與我們的實驗觀察相符合），該現(xiàn)象的

34、發(fā)現(xiàn)與電流電壓曲線的波動階段相吻合。在目前這個階段，這些蒸氣膜對電極的局部包裹卻導(dǎo)致了電解液中整體電阻的增加，即與電流電壓曲線中的不增反降現(xiàn)象相符合。在過渡階段，電極表面溫度依然不高，因為電極與電解液還存在直接的接觸，電解液的冷卻作用促使電極溫度依然保持在沸點附近。雖然突然氣化的力量使氣泡遠離電極表面，但是從電極表面析出的氣體依然保持著氣泡的狀態(tài)。3、放電處理階段以上一連串的事件導(dǎo)致了處理過程從過渡過程到等離子體放電過程的轉(zhuǎn)變。此過程，電極溫度急劇升高超過電解液沸點而 達到 200或更高，如此高的溫度伴隨著電解液與電極的完全分離。也就是說電極表面的氣泡膜完全轉(zhuǎn)變成為穩(wěn)定的氣膜，氣膜的穩(wěn)定存在及

35、擊穿放電可以維持處理過程的延續(xù)。在 EPP 過程中，電極周圍的氣膜主要是由水蒸氣所組成的，在電極周圍，由于高溫，蒸氣的壓力超過大氣壓使得電解液被氣膜完全“推開”。如果局部有氣膜塌陷，電解液浸入，那么接下來的液體汽化也會“推開”電解液。從而保證了電極周圍氣膜的穩(wěn)定存在。氣膜表面并不安靜，而是在電極和電解液之間往復(fù)振動，電解液溫度越高，振動幅度越小。而電極底部的溫度最高。1.5 液相等離子碳氮共滲技術(shù) 液相等離子體電解碳氮共滲技術(shù)是一種新型的表面處理技術(shù)，目前對這項技術(shù)的研究開展并不是很多，進行的研究也主要集中在陰極等離子體電解滲透技術(shù)上聶學(xué)淵7和 A.L.Yerokhin8等人進行的研究是在尿素

36、電解液體系下對不銹鋼進行等離子體碳氮共滲處理；M.Tarakci9等人是在甘油電解液體系下對純鐵進行等離子體電解碳氮共滲處理；本文研究在乙醇胺體系下對42CrMo 鋼進行液相等離子體電解碳氮共滲研究；因為該技術(shù)有處理時間短（幾分鐘內(nèi)）、整體工件受熱輕微、可以即時淬火等優(yōu)點，所以是一種很有發(fā)展前途的表面處理技術(shù)。1.5.1 等離子碳氮共滲的基本原理 滲氮、滲碳及碳氮共滲處理的原理，也符合擴散過程的菲克方程式21。由于產(chǎn)生弧光放電，氣體被擊穿產(chǎn)生大量的處于等離子體態(tài)的活性原子，這些活性原子在電場的作用下轟擊試樣表面，離子注入到處理材料中，產(chǎn)生空位和位錯，將導(dǎo)致兩個方面的影響：一方面，使工件表面的活

37、性原子的濃度提高；另一方面，強化沿晶內(nèi)擴散，即位錯沿著與轟擊表面垂直的滑移面移動，其運動的方向與飽和元素（C，N）擴散流的方向重合，從而大幅度提高材料內(nèi) C、N 原子的擴散遷移速度。離子轟擊導(dǎo)致濃度梯度提高和擴散系數(shù)的增大，使得非金屬擴散系數(shù)可提高 23 倍，從而使 C 和N 原子的擴散過程得以強化；在等離子電解滲透技術(shù)中等離子體是通過弧光放電產(chǎn)生的，具有比較大的電流密度（1 A/cm2）左右22，所以離子的轟擊非常強烈，致使?jié)B透的速度加快，最終實現(xiàn)材料表面快速固溶和化合物強化處理。1.5.2 液相等離子體電解碳氮技術(shù)的工藝特點 電解液 液相等離子體電解滲氮、滲碳及碳氮共滲技術(shù)

38、，電解液的選擇非常簡單，常由三部分組成：（1）有機化合物（提供 C、N 源）（2）易溶鹽（3）等離子水。常用的有機化合物有：甲酰胺、尿素、乙醇胺等，由于有機化合物的導(dǎo)電能力比較差，因此常加入一些易溶的鹽（如氯化鈉或氯化鉀等）和等離子水來提高溶液的導(dǎo)電性，以便形成穩(wěn)定的放電電弧。此時形成的溶液是一種雙重電解質(zhì)溶液，既先配制好易溶鹽的水溶液，然后在將水溶液加入到有機溶液中，直接將易溶鹽加入到有機電解液中是不會溶解的。在此試驗中，水的含量對電參數(shù)有較大的影響，控制加入的鹽和水的量占總含量的 5%10%23之間，若含量少于 5%的時候，會使臨界擊穿電壓升高，若多于 10%會導(dǎo)致電壓溫度曲線斜率迅速升高

39、。 試驗裝置 圖 1-1 為等離子體電解滲透裝置示意圖。該裝置由直流脈沖電源、共滲槽、電解液冷卻系統(tǒng)組成。由于在試驗中工件作為電極，加載電壓相當(dāng)于對工件加熱，為了避免工件過熱而造成工件周圍的電解液沸騰，因此要對電解液進行冷卻，使電解液溫度保持在 45 42以下。 工藝流程 液相等離子體電解滲層的制備過程非常簡單，先將試樣用金相砂紙逐級打磨，一直打磨到粒度為800的砂紙，具體工藝流程如下：試樣打磨酒精擦拭等離子體滲透處理鑲樣酒精擦洗自然干燥。 1.4中碳鋼等離子碳氮共滲工藝參數(shù)1.6選題的目的和主要研究內(nèi)容 在等離子體表面環(huán)境的加工和處理下，可以制造出具有特殊表面結(jié)

40、構(gòu)和表面特性的材料。傳統(tǒng)的離子碳氮共滲技術(shù)是等離子表面處理技術(shù)中比較成熟的工藝，但是該技術(shù)有一定的局限性，要求在低真空的條件下進行，處理時間一般超過10h且工件易變形。液相等離子體電解碳氮共滲技術(shù)解決了這一難題，它可在大氣環(huán)境下進行，工件在特定的電解液中處理1一20min即可獲得硬度高、耐磨性好、耐腐蝕的滲層，因此液相等離子體電解共滲技術(shù)是具有發(fā)展?jié)摿Φ谋砻嫣幚砑夹g(shù)。但目前對滲層的結(jié)構(gòu)、滲層生長規(guī)律、影響滲層組織與性能的工藝參數(shù)的研究仍不充分。本文采用液相等離子體電解共滲技術(shù)在中碳鋼表面制備碳氮共滲層，試驗確定電解液、電壓、時間等工藝參數(shù)對滲層組織與性能的影響，研究碳氮共滲層的結(jié)構(gòu)。1.工藝參

41、數(shù)的優(yōu)化:l)電解液的確定；電解液氯化鈉、等離子水和乙醇胺有機溶液構(gòu)成，需要確定的是導(dǎo)電鹽濃度對電解液穩(wěn)定性的影響2)實驗電壓的確定；電壓是影響滲層厚度的主要因素，電壓與電解液電導(dǎo)率、試樣的性質(zhì)等有關(guān)，將通過試驗確定特定實驗條件下的最優(yōu)電參數(shù)。3)溫度影響因素的確定，決定碳氮原子滲入的關(guān)鍵因素是對溫度的控制，在液相等離子體電解碳氮共滲過程中，決定溫度的主要因素是電壓。4)影響滲層厚度的工藝參數(shù)；本文采用正交試驗確定處理時間、電極距離、電解液濃度等因素對臨界電壓的影響。2.碳氮共滲層結(jié)構(gòu)與性能分析:l)相結(jié)構(gòu)分析：采用X射線衍射和透射電子顯微鏡(TEM)確定滲層物相；根據(jù)衍射花樣(SAED)標(biāo)定

42、相結(jié)構(gòu)。2)顯微組織與成分分析：磨制金相試樣觀察滲層的顯微組織，利用掃描電子顯微鏡觀察滲層截面高倍放大形貌，并研究從滲層到基體各元素分布的變化。3)滲層硬度測試：硬度能直觀反應(yīng)滲層與基體力學(xué)性能的差異，測量由表面到心部顯微硬度的變化情況。4)外觀形貌檢測：采用輪廓儀測量工件液相等離子體電解碳氮共滲處理后的表面形貌，用輪廓算術(shù)平均偏差R"來評估粗糙度，反應(yīng)粗糙度與工藝的關(guān)系，利用掃描電子顯微鏡觀察滲層表面高倍放大形貌，并進行元素分析。5)滲層耐腐蝕性能研究：在穩(wěn)態(tài)下，根據(jù)試樣極化曲線的Tafel直線可以評定金屬的耐腐蝕性能。第2章 實驗內(nèi)容及研究方法2.1電解液體系的確定 液相等離子電

43、解碳氮共滲的電解液對實驗參數(shù)的影響較大，因此電解液的確定需要滿足以下要求：1、滲劑能提供足夠的 C、N 源，在處理過程中分解率高，且不與溶劑及其他物質(zhì)反應(yīng)，在常溫下穩(wěn)定（不易揮發(fā)，不易分解）。2、電解液體系的導(dǎo)電性良好。3、處理過程中滲劑分解無有毒有害氣體。根據(jù)上述要求，本試驗選擇乙醇胺水溶液體系作為電解液主體，為了滿足電解液導(dǎo)電的要求，在乙醇胺體系內(nèi)加入適量的無機鹽NaCI和等離子水，以便形成放電弧。此時的溶液是雙重電解質(zhì)溶液，既先配制好易溶鹽的水溶液，然后將水溶液加入到有機溶液中，直接把易溶鹽加入到有機電解液中是不會溶解的。在此試驗中，易溶鹽溶液的含量對電參數(shù)有較大的影響，在滿足電源系統(tǒng)的

44、要求的情況下，加入易溶鹽溶液的量在不同的有機電解液體系中也不同，他們都有一個臨界的范圍，若鹽溶液的含量低于這個范圍的時候，會使臨界擊穿電壓升高，若高于這個范圍會導(dǎo)致電壓溫度曲線斜率迅速升高。本實驗進行碳氮共滲電解液的配比如表2-1。表2-1 碳氮共滲電解液體系的成分配比乙醇胺濃度 鹽濃度 水含量45%1.75%200ml50%2.1% 200ml55% 2.7% 200ml 2.2實驗材料及其工藝本實驗所用的試樣為42CrMo 鋼，42CrMo鋼具有高的抗拉強度和屈服強度，其力學(xué)性能良好，淬透性也較好，是重要的結(jié)構(gòu)鋼。42CrMo供應(yīng)態(tài)原材料組織為索氏體加上貝氏體，可以制造調(diào)制和正火、回火后使

45、用的，要求力學(xué)性能高的大型零件，其化學(xué)組成成分表如表2-2表2-2 42CrMo鋼的部分化學(xué)組成（wt%）元素 C Si Mn Mo Cr 含量 0.38%0.45% 0.17%0.37% 0.5%0.8% 0.15%0.25% 0.9%1.2% 試樣前期的處理過程很簡單，用金相砂紙（120#、240#、400#、600#）打磨，最后一道用800#的砂紙水磨處理，工藝流程為：試樣打磨酒精擦洗共滲處理鑲樣磨光擦洗干燥觀察組織性能。2.3 實驗裝置及設(shè)備 圖2-3為本實驗所采用的實驗裝置，主要由直流穩(wěn)壓電源、共滲槽、冷卻系統(tǒng)等幾部分組成 21 76435 1.直流穩(wěn)壓電源 2.攪拌裝置 3.電極固

46、定及調(diào)節(jié)裝置 4.水冷卻系統(tǒng)5.陽極電極 6.試樣 7.共滲槽 本實驗采用揚州裕紅電源制造廠生產(chǎn)的直流穩(wěn)壓電源進行電解碳氮共滲處理。電源的輸出電壓從0-250V連續(xù)可調(diào)，輸出電流為0-15A連續(xù)可調(diào)，采用直流通電進行實驗。2.4 分析測試方法2.4.1 物相相結(jié)構(gòu)分析 x射線的波長和晶體內(nèi)部原子面之間的間距相近，晶體可以作為X射線的空間衍射光柵，即一束X射線照射到物體上時，受到物體中原子的散射，每個原子都產(chǎn)生散射波，這些波互相干涉，結(jié)果就產(chǎn)生衍射。衍射波疊加的結(jié)果使射線的強度在某些方向上加強，在其他方向上減弱。分析衍射結(jié)果，便可獲得晶體結(jié)構(gòu)。X射線衍射儀利用衍射原理，可以精確地精確測定物質(zhì)的晶

47、體結(jié)構(gòu),織構(gòu)及應(yīng)力,精確的進行物相分析。對樣品的物相常通過X射線衍射儀進行確定。對經(jīng)過液相等離子體電解碳氮共滲處理的樣品經(jīng)酒精沖洗干燥后在德國Bruker公司生產(chǎn)的D8 Advance X射線衍射儀上進行X射線衍射分析，以確定共滲層物相結(jié)構(gòu)。X射線源采用銅靶（=1.5406 ），衍射起始角為20，終止角為90，掃面速率為3/min。采用石墨單色器濾波。對測試得出 XRD 衍射圖，有Jade軟件進行峰值標(biāo)定，查出滲層的相組成。2.4.2 共滲層相組織觀察及成分分析為了初步確定共滲處理后試樣滲層的獲得情況以及滲層的組織結(jié)構(gòu)，利用光學(xué)金相顯微鏡對工件截面進行觀察。因為試樣較薄不容易把持，在磨的過程中

48、，容易堆邊，出現(xiàn)倒角，所以在對共滲層進行金相組織觀察前需要對試樣進行鑲樣處理。以酚醛樹脂作為鑲樣料，使用熱壓金相鑲樣機對試樣進行鑲樣，鑲樣時將處理后的試樣垂直放入鑲樣機模具內(nèi)，用手指使試樣保持垂直狀態(tài)，然后將酚醛樹脂倒入模具內(nèi)對試樣封裝鑲樣。試樣鑲嵌完畢取出之后，用金相砂紙從150目打磨至600目，采取逐級打磨方式，而后用粒度1.5的金剛石拋光劑拋光表面，先用水沖洗后用酒精清洗烘干后用 4%的硝酸酒精溶液腐蝕數(shù)秒，再次用酒精清洗干凈通過熱風(fēng)吹干，在蔡司金相顯微鏡下觀察。利用掃描電子顯微鏡(SEM)對試樣截面進行分析，并使用掃描電鏡配置的能譜儀進行滲層成分的點掃描和線掃描分析，研究從滲層到基體各

49、元素分布的變化。所用掃描電子顯微鏡為日本產(chǎn)JSM-6510型號。2.4.3 共滲層表面形貌觀察及成分分析通過對脈沖和非脈沖供電電源裝置處理后的的試樣表面進行 SEM 表面形貌觀察，以準(zhǔn)確判斷不同放電類型對滲透表面的作用機理及對滲透性能的影響。對正交實驗處理后的試樣表面形貌進行觀察，并通過EDS對處理后的表面進行面掃描分析，研究實驗中不同實驗參數(shù)配比滲層表面各主要元素分布變化。對經(jīng)過耐磨性測試后的試樣的摩擦痕利用SEM進行形貌觀察，以判別其磨損類型，通過EDS對摩損痕和非摩損位置進行能譜對比分析。2.4.4 共滲層顯微硬度及耐腐蝕性測試 共滲層顯微硬度測試硬度是對硬質(zhì)物壓入的抵抗能

50、力，硬度數(shù)據(jù)是材料性能的重要體現(xiàn)。硬度數(shù)據(jù)的使用不但可以用來表征所研究材料的力學(xué)性能還可以通過硬度數(shù)據(jù)了解材料微觀結(jié)構(gòu)。一般硬度測試的基本原理是：在一定時間間隔里，施加一定比例的負荷，把一定形狀的硬質(zhì)壓頭壓入所測材料表面，然后，測量壓痕的深度或大小。維氏金剛石壓頭是將壓頭磨成正四棱錐體，其相對兩面夾角為136 ° 。維氏顯微硬度值是所施加的負荷（kg f）除以壓痕的表面積（mm2 ）。采用維氏金剛石壓頭時，其壓痕深度約為對角線長度的1/7。維氏硬度的計算公式如下：（式 2.1）式中：F-負荷力（Kg f)S-壓痕表面積（mm2）該測試用HVS-1000顯微硬度計測量從滲層到基體的硬度

51、梯度，試樣鑲嵌入酚醛樹脂制成圓柱狀，將試樣平放硬度計載物臺，載荷為25gf，加載時間為10s。 共滲層耐腐蝕性測試 通過測定極化曲線分析試樣的耐腐蝕性，極化曲線的測量分穩(wěn)態(tài)法和暫態(tài)法。電極過程達穩(wěn)態(tài)要求雙電層充電、電化學(xué)反應(yīng)及傳質(zhì)等都達穩(wěn)態(tài)。極化曲線主要由四個區(qū)組成，其可采用三電極體系進行測定，以鉑電極輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，工作電極為樣品。測試前需對樣品進行封閉處理，將樣品的滲層的背面與導(dǎo)線相連，然后將試樣放置在PVC塑料管中，向其中注入一定比例的環(huán)氧樹脂與乙二胺混合物鑲嵌料，僅有液相等離子體電解碳氮共滲處理過的表面露出。放置十小時左右，待鑲嵌料干燥固化后測定極化曲

52、線。使用LK2005A型電化學(xué)工作站對被測件極化曲線測定，儀器四周通風(fēng)良好，空氣中不含腐蝕性氣體，工作條件如下:電源交流220V士10%，50Hz溫度室溫1040濕度相對濕度延70%當(dāng)測試電流小于1微安時，電解池需要采用法拉第屏蔽箱進行掩蔽。2.4.5 共滲層耐磨性能測試分析對經(jīng)正交試驗工藝參數(shù)配比處理獲得物相結(jié)構(gòu)豐富，滲層厚度理想的試樣使處理表面暴露經(jīng)金相鑲樣機鑲嵌制作成16mm×13mm×3mm尺寸試樣在MGG-02型號微機控制高溫往復(fù)摩擦磨損試驗機上進行摩擦磨損實驗。摩擦副采用GCr15，洛氏硬度在60HRC以上。試樣磨損前先用酒精對試樣表面進行清潔處理，然后將試樣烘

53、干，再用 TG-328型光電分析天平稱重，其精度為 10-4g，再將試樣裝配到摩擦磨損試驗機載物臺進行磨損試驗。對試樣在10N負載下分別磨損實驗3min、6min、10min，分別對每次磨損完后的試樣進行稱重，計算磨損量，記錄摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)，利用共聚焦顯微鏡對磨損后試樣表面形貌。通過摩擦磨損實驗后試樣表面形貌、摩擦系數(shù)、磨損量的對比研究共滲層耐磨性能以及耐磨性與物相的關(guān)系。第 3章 實驗內(nèi)容及結(jié)果分析3.1 實驗工藝路線 將本實驗所需要設(shè)備、安裝調(diào)試好，分析42CrMo鋼在乙醇胺體系液相等離子體電解臨界條件。根據(jù)文獻資料選取對碳氮共滲影響比較重要的溫度和時間兩因素作為實驗條件進行實驗，在不同的處

54、理電壓和時間下，對處理后的試樣滲層進行分析測試，并進行相應(yīng)的分析。之后設(shè)計正交實驗，對正交試驗后的試樣進行共滲層金相觀察、XRD物相分析選取最優(yōu)正交實驗結(jié)果，對最優(yōu)試樣進行耐磨性研究。試樣工藝流程圖，如下圖3.1： 實驗方案設(shè)計 實驗材料、藥品準(zhǔn)備，實驗設(shè)備調(diào)試 實驗臨界條件探索3.2 實驗電源類型確定3.2.1 電流-電壓變化關(guān)系 實驗初始階段選取脈沖直流和非脈沖兩種直流電源，在兩種類型的電源下恒壓加載方式下，電流-電壓關(guān)系都經(jīng)過電流隨電壓升高而升高、電流隨電壓升高而降低、電流趨于穩(wěn)定三個過程。采用脈沖直流電源處理試樣，當(dāng)試樣出現(xiàn)放弧時電流立刻下降至1A以下，非脈沖直流電源的電流-電壓變化曲

55、線如下圖3.2： 圖 3.2 恒壓下電流隨時間的變化曲線兩種電源類型的放電如圖3.3：ba 圖 3.3采用兩種不同類型電源下的放電現(xiàn)象a 脈沖直流電源 b 非脈沖直流電源比較兩種電源類型的放電現(xiàn)象可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用脈沖直流電源時發(fā)生的輝光放電呈紫亮色49，試樣邊緣出現(xiàn)白亮色且輝光在溶液中輻射基本圍繞靠近試樣處；當(dāng)采用非脈沖直流電源進行液相等離子電解時發(fā)生試樣處的輝光放電整體呈現(xiàn)強烈耀眼的白亮色，紫色輝光呈輻射發(fā)散的淡紫色在試樣周圍將試樣包圍。3.2.2 表面形貌采用兩種電源類型在相同的條件下對試樣進行液相等離子電解處理，對處理后的試樣進行掃面電鏡觀察表面形貌，如圖3.4，觀察兩圖可以發(fā)現(xiàn)試樣表面粗糙度明顯增加但并無雜物，這類似于等離子體電解清洗。 aba脈沖直流表面形貌 500× b 非脈沖直流表面形貌 500×對于鐵素體基材的液相等離子碳氮共滲技術(shù)主要是在含有碳氮源的溶液中通以高壓直流電，隨著電壓的逐漸上升，試樣表面開始形成的氣泡由于來不及溢出出現(xiàn)氣體鞘層放電，形成含有活性C、N的等離子弧將試樣包裹?；钚訡、N原子在電場的作用下對試樣劇烈地轟擊，在電流和活性原子的轟擊下試樣溫度迅速上升，從而使試樣達到滲碳、滲氮所需溫度，活性C、N原子的轟擊加速了C、N原子向試樣表面的擴散3，加速C、N間隙固溶體的