工业纯铁不锈钢化层及表征

来源: 余姚市通达钢材有限公司  作者: http://www.chuntie.com.cn/  时间: 2012-08-07

　　图1为自纳米化工业纯铁试样经过Cr、Ni元素扩散后横断面SEM照片。观察可知，自纳米化层在长时间保温后并没有发生晶粒长大，这是由于纳米晶铁的热稳定温度在500℃以上，大量晶界的存在对元素的扩渗将起到增加扩散通道的作用。

图1   喷丸后试样剖面的SEM 照片

Fig.1 SEM image of the longitudinal section of shot-peened sample

　　表1是利用扫描电镜能谱（EDS）对扩渗后Cr、Ni元素含量的测试结果。可以看出，从表面往内部延伸的过程中元素含量急剧下降，在距表面7μm处Cr、Ni元素含量已经非常低。即便在表面由于扩散时间较短，合金元素还没有分布均匀，合金化层的成分与不锈钢成分有较大差异。因此，只能说形成了类似不锈钢成分的合金化改性层。在这里，将自纳米化处理的工业纯铁经过合金元素的扩渗处理，形成的类似不锈钢成分的合金化改性处理称之为不锈钢化。

表1  扩散层合金元素含量

Table1  Content of alloying elements in diffusion layer

Distance to the surface	1	2.5	6	8
Cr Content	37.7	18	10.1	1.3
Ni Content	8.5	4.1	2.2	0.26

　　在纯铁表面形成了Cr含量很高的表面合金层。这说明经过表面自纳米化处理在纯铁表面得到的纳米结构层只有在热稳定温度以下才能发挥其晶界体积比高、晶界处于非平衡状态，为原子提供短路扩散通道的优势，实现原子的大量渗入。由于在500℃时Fe依然保持体心立方晶格，而Cr元素属于体心立方晶格，Ni元素属于面心立方晶格，根据扩散理论，晶格匹配将有助于扩散，所以在纯铁不锈钢化层中，Cr元素的含量远远高于Ni元素。

　　图2所示为自纳米化层经扩渗Cr、Ni粉的XRD图谱。从中观察可知，元素扩渗过后衍射峰数量大量增加，说明经过合金元素扩渗以后，表面产生了新相。扩散后的试样表面的XRD分析也显示在试样表面渗入了大量的合金元素。

图2  Cr/Ni 共渗试样表面的 XRD 图谱
Fig.2 XRD pattern of the sample’s surface diffusion treated in packed Cr/Ni powder