滲氮溫度對Inconel718合金磨損和腐蝕性能的影響

作為鎳基合金家族的一員，基于其優(yōu)異的力學(xué)性能，Inconel718合金被廣泛應(yīng)用在制造業(yè)、航空航天和能源等行業(yè)。眾所周知，Inconel718是含有Ni-Fe-Cr元素的硬化合金，并且在工作溫度高于700℃條件下，結(jié)合了極好的耐腐蝕性能和強(qiáng)度。

因此，它也被廣泛應(yīng)用在重要的動(dòng)力部件上，例如飛機(jī)的主要引擎、燃?xì)廨啓C(jī)柱和機(jī)用模具等。然而，對于高耐磨要求的一些領(lǐng)域，Inconel718合金的應(yīng)用仍然受到相應(yīng)的限制。

目前，QPQ鹽浴復(fù)合表面改性技術(shù)已經(jīng)被確定是一種有效地可實(shí)現(xiàn)高耐磨、耐疲勞和耐腐蝕，且綠色環(huán)保的無毒新型熱處理工藝，能夠極大地改善鎳基合金的表面性能。QPQ復(fù)合處理技術(shù)的本質(zhì)是鹽浴滲氮和鹽浴氧化的復(fù)合。此外，QPQ工藝主要由6個(gè)步驟組成，分別是前清洗、預(yù)熱、鹽浴滲氮、鹽浴氧化、后清洗和浸油。其中，預(yù)熱、滲氮和氧化是QPQ技術(shù)最核心的步驟。預(yù)熱的目的是為了除掉殘留在工件表面的水分，并且生成一層有利于促進(jìn)滲氮的氧化層，提高表面活性。滲氮和氧化是為了在金屬表面分別形成一層致密的滲氮層和氧化膜，正是這些滲層的形成極大地提高了材料的耐磨、耐腐蝕等性能。因此，通過QPQ處理后的合金材料，其表面性能能夠得到更大的改善和優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)一些特殊領(lǐng)域的應(yīng)用。

然而，在目前諸多的研究文獻(xiàn)中，有關(guān)Inconel718合金的表面處理主要集中在等離子滲氮和激光熔覆處理，有關(guān)滲氮溫度對Inconel718合金材料耐磨和防腐性能的影響的研究文獻(xiàn)較少。因此，科研人員利用光學(xué)顯微鏡、X射線衍射儀、防腐和耐磨性測試，研究經(jīng)QPQ不同溫度滲氮后對表面改性層性能的影響。

試驗(yàn)材料718鎳基合金的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：Cr19、Ni52.5、Co5、Ti9、Al5，余量為Fe，通過線切割加工成10mm×10mm×10mm的試樣塊。QPQ處理工藝為：試樣首先在空氣加熱爐內(nèi)隨爐加熱至500℃，并且保溫1h；預(yù)熱處理后直接移至鹽浴滲氮爐內(nèi)進(jìn)行滲氮，爐內(nèi)CNO-的濃度為29%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，滲氮溫度分別為590℃、620℃和650℃，滲氮時(shí)間5h；氧化溫度為400℃，處理時(shí)間均為30min，然后出爐空冷至室溫，清洗隨爐帶出來的鹽液。利用摩擦磨損試驗(yàn)、電化學(xué)、X射線衍射儀、金相顯微鏡和顯微維氏硬度計(jì)系統(tǒng)地研究經(jīng)不同滲氮溫度下處理后改性表面層的相組成和性能特點(diǎn)。

結(jié)果顯示改性表面的微觀結(jié)構(gòu)和相組成與滲氮溫度有關(guān)。經(jīng)QPQ處理后718鎳基合金表面生成滲層，且隨著滲氮溫度的增加，滲層的厚度從7.5μm增加至12.5μm，滲層的形成主要是源于氮的擴(kuò)散。根據(jù)XRD譜線分析，說明滲層主要由CrN、Fe4N組成。QPQ復(fù)合鹽浴滲氮技術(shù)能夠顯著地提高鎳基合金的表面性能，其中表面硬度最大可達(dá)1200HV0.1，幾乎是未處理的3倍，而且耐磨性能是未做處理試樣的400倍。在高溫下進(jìn)行滲氮，表面抗腐蝕性能降低，主要是由于CrN的生成，造成了表面單一相Cr含量的降低，導(dǎo)致表面電勢的降低。