低温渗氮研究及其应用

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自从卢院士发布了纳米化低温渗氮研究的论文，开拓了低温渗氮的先河。本人利用交流活化、纳米催化也实现了低温480<，10个小时的低温快速渗氮新工艺。本课题进行了3年多，对纯铁，低碳钢，中碳钢，40Cr，H13钢和汽缸套进行了实验，取得良好的实验效果。希望在这里和有兴趣企业和研究人员共同交流探讨。

好学青年

我认识的一些老师也在搞低温氮化，这个的应用真的很广泛呀，比如一些高性能的弹簧钢丝，要进行氮化处理，但由于材料经中温回火，基体硬度的要求，不能用常规的氮化工艺，只能依靠正在研究的低温氮化工艺，不过，在这项技术领域，好像日本已经开始工业化加工了。

dhzhou888

除了纯铁和低碳钢之外，凡是中、高碳钢、铸铁及各种合金钢都可以用短时渗氮取代铁素体氮碳共渗。这就从根本上解决了环境污染问题，同时又可以继承铁素体氮碳共渗发展过程中积累的丰富经验。低温渗氮有应用前景，关键是产业化。

天字一号

低温渗氮工艺我们老师以前给我们讲解过..有一点的了解，这个工艺确实能减少很多的能源浪费，但是，我感觉一时半会还不能普及开，最难得就是使材料的表面纳米化！！希望早日能普及开啊，呵呵

dhzhou888

金属所卢柯院士的表面纳米化及渗氮（可在300℃进行）文章发表在美国Science上。

杨青海

5楼高工,你好!可否详细介绍操作工艺?目前我们还做的常规气体氮化,成本高,做的产品杂乱,质量控制有点困难!我想了解低温氮化的效果及缺点?

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这里说说的低温氮化，不同与卢院士说说的表面纳米化低温氮化工艺。我做做的是低温催化氮化，第一要进行表面催化剂的涂敷，实现低温氨气的分解，第二实现表面活性氮原子的有效吸附。目前进行了多刚好的试验，结果表面在相同的温度，时间条件下，优于离子深度。

很感谢大家在此讨论，希望有兴趣的，需要低温氮化的朋友和我联系，我们可以联合进行试验，实现氮化节能减排，提高效率而努力！

另外，对我晚回复帖子，表示道歉！

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请问杨工，短时渗氮是否是指高温耐蚀渗氮？

孤鸿踏雪

谢谢楼主（8#帖）高看：我这就献丑了！
     在一些翻译文献中，有学者把500℃以下，10小时以上的氮化称为长时氮化。而把570以下，10小时以下的氮化叫短时氮化。而耐蚀渗氮则是碳钢、合金钢和铸铁在550~650°C保温0.5~3h，氨分解率控制在20~70％，在渗氮后表面形成一层0.015~0.06mm致密的、化学稳定性高的ε相的一种氮化工艺。

孤鸿踏雪

现有一”关于低温渗氮技术研究“的资料摘要转录于此处，以飨各位感兴趣的朋友！
     纳米化3J33钢低温渗氮生成相性能第一性原理表征
                                      （哈工大材料科学与工程学院 金属精密热加工国家级重点实验室  闫牧夫等）
     摘要：采用固溶处理、热轧、冷拔变形和电加热的复合技术实现了3J33马氏体时效钢纳米化，平均晶粒度尺寸约为70nm。对纳米化的马氏体时效钢分别在390℃和360℃进行8h脉冲等离子气体渗氮，利用XRD、显微硬度计和纳米硬度计对渗氮层生成相和性能进行了测试，并且基于第一性原理对渗氮相的性能进行了表征。结果表明，两个温度下渗层中生成的氮化相分别为γ/-Fe4N和FeN0.076，二者均具有较高的硬度和良好的塑性。计算结果表明，γ/-Fe4N和FeN0.076相中N和Fe原子的成键作用较强，且两相都具有延性。
     传统渗氮（如气体渗氮）通常在500℃以上进行，且持续时间较长（20～80h），由此导致渗氮层组织粗化、渗氮工件产生较大变形。纳米材料具有高体积分数的晶界，而晶界是原子特别是化学热处理过程中渗入元素的扩散通道，这也是低温渗氮得以实现的基础。近年来关于纳米渗氮的研究也越来越多，金属材料表面纳米化能够显著降低渗氮温度，表面纳米化的纯铁在300℃就实现渗氮，纳米化渗氮层厚度是普通渗氮层厚度的2倍，且纳米化渗氮层中产生的氮化物也是纳米尺度的，渗氮层的硬度和耐磨性也比普通渗氮的有较大提高。
     上述工作主要集中在钢的表面层中具有梯度纳米晶粒的渗氮研究，而对于金属材料的整体纳米化及其渗氮层表征，迄今尚无报道。
     试验材料和方法：试验材料为18Ni马氏体时效钢（3J33），化学成分（wt％）为：19.08Ni，9.15Co，5.06Mo，0.45Ti，0.075Al，其余为Fe。对尺寸为Φ30mm×300mm的3J33钢棒进行复合处理，即在1100℃保温1h淬火，在加热至1100℃保温1h后连续轧至900℃，把连轧后的Φ10mm的圆棒试样冷拔至直径为Φ3～6mm；最终将冷拔的钢丝在12.5s内直接加热到1100℃淬火。
     纳米化的试样表面用金相砂纸从200#号研磨至1200#号，然后进行等离子体渗氮。渗氮在25KW脉冲等离子多元共渗设备中进行，采用两种工艺：（1）390℃纯氨渗氮8h；（2）360℃氮氢（1：3）混合气施渗8h。
组织观察在CMM-33 E型金相显微镜和CM12型透射电镜下进行；用D/max-rB型X射线衍射仪对渗氮表面层进行相结构分析；分别用HV-1000型维氏硬度计和Nano IndenterXP型纳米硬度仪对渗氮层性能进行测量。
     结论
     1）3J33钢经固溶处理，热轧和冷拔变形以及快速电加热的复合处理，可实现整体纳米化，晶粒尺寸由固溶态的52μm细化到约70nm；
     2）纳米化3J33钢在390℃氨气中和360℃氮氢混合气氛中等离子体渗氮8h渗层中生成的氮化物相分别为γ/-Fe4N和FeN0.076，二者均具有较高的硬度和塑性变形能力；
     3）γ/-Fe4N和FeN0.076相中N和Fe原子的成键作用较强，二者的体模量和剪切模量比值均大于1.75，呈现出良好的延性。
                                                                                                               ——摘自《材料热处理学报》（2009，No．2

TYT0861

希望低温氮化能早日用于工业生产。

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表面纳米化低温深度，通过机械研磨，喷丸等方法，使表面晶粒产生塑性变形，大晶粒最后分解成纳米晶，获得表面纳米层。由于纳米化增大了其晶界，提高了晶界扩散系数，可以实现低温渗氮。但实际的零件表面形状复杂，难以实现纳米化，因此限制了其对零件的的应用。另外金属表面纳米化还受材料的晶体结构影响。

但我这里说的低温渗氮，使通过催化作用实现的，类似传统的镀钛，稀土催化渗氮。

低温首先解决了精密零件渗氮变形的技术难题，如果有该技术需求的朋友，可以与我联系，我们共同探讨研究！

npx

以前也听说过低温氮化工艺，但具体的操作不是很清楚。现在低温氮化还处在实验研究阶段，真正用于生产还需时日。
希望资深专家和同行们齐心协力干事业，一心一意搞研究，尽快实现工业化。减少污染提高效率！

yxincn

很想和楼主探讨钛合金的氮化处理的工艺可行性及相关设备的需求，希望能共同合作课题。
希望联系我QQ:30836226
E－MAIL:yxincn@sina.com

霜月

请问楼主：40Cr低温催渗氮化后表面硬度能达到多高，层渗有多厚，该工艺对氮化炉和零件结构有特殊要求吗？

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15# 霜月

纯铁表面催化渗氮表面硬度如下：

450°        350        373        362        357        352
480°        438        394        417        463        463

1019170

看样子，纳米化是该技术的关键

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17# 1019170


呵呵，可能大家对卢院士的表面纳米化低温渗氮比较熟悉，但我们做的不是表面纳米化渗氮，是催化渗氮。

申兴一

我们也是在490渗氮，但是速度太慢了。我想知道他们24小时的渗氮速度是多少

万立皓

其实这是一个很好的研究方向,在毕业的时候我也做过催渗方面的事情,当时我做的就是用H13钢,对表面进行形变强化,再进行氮化,研究的结果还是挺让人兴奋的,现在一直在想把这个成果应用到实际生产中去的,但挺多厂家还是挺保守,不想去试