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盐浴氮化技术是一种提高零部件表面耐腐蚀和耐磨损等性能的化学热处理技术,具有工序简单、环境污染小和容易操作等优点。在盐浴氮化过程中,活性氮原子通过氮化盐浴受热分解产生,同时由于热扩散作用,活性氮原子向工件表面扩散,因此活性氮原子浓度和活性与处理温度有直接关系。由于常用盐浴氮化处理温度约为570℃,该温度下活性氮原子在氮化盐浴中扩散速度较慢。因此,为获得足够的渗层深度,需要进行较长时间盐浴氮化处理,从而导致盐浴利用率和生产效率较低。本文自行设计了直流电场盐浴氮化装置,并首次研究直流电场对35钢和42CrMo钢盐浴氮化催渗效果及组织性能的影响。同时,对比研究了碳含量相近的45钢和42CrMo钢,以了解合金元素对盐浴氮化动力学的影响。采用金相显微镜、X-ray衍射仪、维氏显微硬度计和电化学工作站等设备对盐浴氮化后试样进行组织、相结构表征以及性能测试。35钢盐浴氮化研究结果表明:直流电场可以显著提高氮化效率。处理温度为575℃时,外加电压为7.5V的电场条件下,保温50min获得的化合物厚度与常规盐浴氮化保温100min相近,约为18.4μm;保温100min时化合物层厚度提高到29μm。施加直流电场盐浴氮化后,渗层主要物相同常规盐浴氮化一样,由ε-Fe3N及少量γ’-Fe4N构成。在温度为575℃、保温80min时,外加7.5V直流电场盐浴氮化后,截面硬度达到750HV0.01,是基体硬度的3倍。直流电场盐浴氮化后耐蚀性比常规盐浴氮化进一步提高。动力学研究发现,直流电场盐浴氮化的扩散激活能为159kJ/mol,低于常规盐浴氮化的扩散激活能184kJ/mol。同样,直流电场对42CrMo钢盐浴氮化也具有显著的促进作用。为获得相同渗层深度,直流电场盐浴氮化可以采用较低的温度。保温时间为80min时,外加电压为7.5V的直流电场条件下,处理温度为530℃获得的化合物厚度与同样时间常规盐浴氮化处理温度560℃相近,约为6.7μm;处理温度为560℃时化合物层厚度提高到12.1μm。42CrMo钢施加直流电场盐浴氮化后渗层主要物相同常规盐浴氮化一样,均为ε-Fe3N、少量γ’-Fe4N和CrN。处理温度575℃、保温80min时,外加7.5V直流电场盐浴氮化后的42CrMo钢试样截面硬度达到1146HV0.01,是基体硬度的3倍。直流电场盐浴氮化后42CrMo钢试样在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性比常规盐浴氮化进一步提高。相同工艺条件下,42CrMo钢盐浴氮化表面形成的化合物层厚度比45钢薄,但表面显微硬度高;42CrMo钢与45钢相比,渗层除ε-Fe3N相和γ’-Fe4N相外,还存在CrN相。动力学分析表明,45钢盐浴氮化氮原子的扩散系数是42CrMo钢的1.5倍;氮原子扩散激活能为225kJ/mol,低于42CrMo钢的258 kJ/mol。