1050工业纯铝表面离子渗氮层的组织与性能研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:macg27
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针对铝及铝合金耐磨、耐蚀性差等问题,利用等离子体渗氮技术,在1050工业纯铝的表面形成AIN改性层。研究了NH3、N2两种渗氮气体在不同工艺制备的AN层组织、结构及性能。借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及辉光放电光谱仪(GDS)对渗层微观形貌、成分及相组成进行分析;采用往复摩擦磨损试验机研究渗氮层摩擦学性能,并与基材进行对比;利用电化学腐蚀和失重腐蚀评价了渗氮层在模拟雨水及3.5wt.%NaCl溶液中的耐腐蚀性。渗氮层主要由AlN及少量Al组成。厚度约1-4μm。随渗氮温度的升高及时间的增加,改性层厚度有所增加。采用N2制备的渗氮层呈灰白色并有金属光泽,表面粗糙度、致密性等优于NH3制备的渗氮层,渗层厚度也较大。在滑动干摩擦条件下,不同工艺氮化层的摩擦系数均在0.2-0.3左右,说明能够降低铝的摩擦系数(0.55),起到减摩效果。渗氮层比磨损率降低为铝的40%左右。综合来看,渗层能够改善基材的摩擦磨损性能。1050铝的磨损机制主要为粘着磨损和少量磨粒磨损,而渗氮层的磨损机制以表面微切削作用和磨粒磨损为主。在模拟雨水腐蚀介质中,与铝基材相比,两种渗氮气体制备的改性层自腐蚀电位均有不同程度提高。NH3渗氮层的腐蚀电流密度较基体材料(5.62μA·cm-2)下降了4μA·cm-2以上,N2渗氮层的腐蚀电流密度下降了一个数量级。经过渗氮处理以后,1050铝在模拟雨水中的腐蚀倾向性及腐蚀速度均有较大幅度下降。NH3渗氮层和N2渗氮层对于基体材料在模拟雨水中的耐腐蚀性有明显提高。同时,N2渗氮层相对于NH3渗氮层有更良好的渗层质量及耐腐蚀性能。渗氮层在离子浓度较低的模拟雨水中隔绝了微量腐蚀性阴离子与基体的接触,提高了耐蚀性。在3.5wt.%NaCl溶液中,两种渗氮气体制备的渗氮层电化学测试结果相对于基体材料的提升幅度有限。但是,腐蚀形貌分析结果表明渗氮层在高浓度腐蚀介质中对于抑制小孔腐蚀的生长和发展仍有较好的效果。
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