表面鈍化膜對0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼滲氮的影響

王 鳳

（中國航發長春控制科技有限公司，吉林 長春 130102）

0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼材料中含有大量的合金元素（如Cr、Ni），在空氣中易形成致密的鈍化膜，滲氮時它們會阻礙氮原子的進入，若表面鈍化膜去除不完全或未去掉，則會導致滲氮時滲層深度不均勻或無滲氮層。本文研究幾種不同表面鈍化膜去除方法對0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼滲氮的影響，為實際生產應用提供一定的理論依據。

1 試驗材料與方法

本次試驗材料為0Cr17Ni4Cu4Nb，試樣尺寸φ10×20mm，表面粗糙度Ra 0.8цm，刻號進行區分。

（1）將所有試樣進行固溶時效處理。工藝參數為：固溶：1040℃，保溫40min，氬氣冷卻；時效：600℃，保溫90min，氬氣冷卻。

（2）1號、2號試樣采用噴砂方法去鈍化膜，工藝參數為：白剛玉60目，風壓0.8MPa，時間2min，噴砂后試樣表面為均勻的灰色。

（3）3號、4號試樣采用液體噴砂方法去鈍化膜，工藝參數為：白剛玉150目，風壓0.3MPa，時間2min，液體噴砂后試樣表面為均勻的灰色。

（4）5號、6號試樣采用酸洗方法去鈍化膜，工藝參數為：將試樣用銅絲綁扎裝掛，放入酸洗槽內，浸泡3min，每30s晃動一次試樣。

（5）7號、8號試樣采用浸泡三氯化鈦溶液方法去鈍化膜，工藝參數為：將試樣用不銹鋼鐵絲綁扎牢固，浸沒在三氯化鈦溶液內，時間2h。

（6）將9號～14號試樣表面進行鍍銅，銅層厚度約為0.012mm。其中，9號、10號試樣浸泡三氯化鈦純溶液；11號、12號試樣浸泡三氯化鈦與水比例為2:1的溶液；13號、14號試樣浸泡三氯化鈦與水比例為1:1的溶液，時間均為2h。

（7）15號、16號試樣浸泡三氯化鈦與水比例為2:1的溶液；17號、18號試樣浸泡三氯化鈦與水比例為1:1的溶液，時間均為2h。

（8）將以上處理過的1號～18號試樣同爐滲氮處理，工藝參數為：560℃，保溫30h，KN值2.18。

2 試驗結果與分析

2.1 表面鈍化膜去除方法對滲氮層的影響

如圖1所示，采用噴砂、液體噴砂和酸洗的方法去除試樣表面鈍化膜，滲氮后試樣表面均無滲氮層，說明0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼材料的表面鈍化膜比較致密，這三種處理方法均不能破壞材料表面的鈍化膜，故滲氮時氮原子不能進入材料表面形成滲氮層；采用浸泡三氯化鈦溶液的方法去除試樣表面鈍化膜，滲氮后試樣表面有滲氮層，且滲層氮化物的形態致密、深度均勻、邊緣完整，深度約為0.22mm，滲層硬度約為860HV。

2.2 三氯化鈦溶液濃度對鍍銅層及滲氮層的影響

因三氯化鈦溶液具有一定的腐蝕性，對于部分表面滲氮、采用表面處理鍍銅方法保護非滲氮面的零件，浸泡三氯化鈦溶液去除材料表面鈍化膜時需一并考慮其對非滲氮面鍍層的影響性。

如圖2所示。浸泡三氯化鈦純溶液的試樣（9號、10號），滲氮后試樣表面有凹凸不平、深淺不一的滲氮層，說明三氯化鈦純溶液的濃度能將試樣表面的銅層全部腐蝕破壞掉，滲氮時不能起到防護的作用；浸泡三氯化鈦與水比例為2:1濃度溶液的試樣（11號、12號），滲氮后試樣表面只有個別部位有一點滲氮層，說明稀釋后的溶液對銅層破壞能力減弱，但仍不能起到完全防護的作用；浸泡三氯化鈦與水比例為1:1濃度溶液的試樣（13號、14號），滲氮后試件表面銅層基本完整，無滲氮層，說明三氯化鈦與水比例為1:1的的溶液不會將試樣表面銅層破壞，滲氮時能保證非滲氮面無滲氮層。另一方面，未鍍銅試樣（17號、18號）浸泡三氯化鈦與水比例為1:1濃度的溶液，滲氮后滲層深度均勻、邊緣完整，深度約為0.21mm，硬度約為840HV，說明三氯化鈦與水比例為1:1的溶液能將試樣表面鈍化膜完全去除。

綜上所述，浸泡三氯化鈦與水比例為1:1的溶液既能完全去除試樣表面的鈍化膜，又能保證鍍銅表面銅層的完整性，使試樣滲氮時既能保證滲氮面滲層的深度、硬度等性能，又能保證非滲氮面無滲氮層。

圖1 不同表面鈍化膜去除方法滲氮后的金相組織圖片

圖2 浸泡不同三氯化鈦溶液濃度滲氮后的金相組織圖片

3 結語

（1）采用噴砂、液體噴砂和酸洗的方法均不能去除材料表面的鈍化膜，滲氮后表面無滲氮層；采用浸泡三氯化鈦溶液的方法能完全去除材料表面的鈍化膜，滲氮后滲層深度均勻、邊緣完整。

（2）對局部滲氮采用表面處理方法防護的零件，浸泡三氯化鈦與水比例為1:1的溶液既能完全去除試樣表面鈍化膜，又能保證鍍銅表面銅層的完整性，使試樣滲氮時既能保證滲氮面滲層的深度、硬度等性能，又能保證非滲氮面無滲氮層。