【摘 要】
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低碳钢及低碳合金钢在工程领域应用最为广泛,但在强化精密的仪器零件时,常采用超音速微粒轰击处理。采用超音速微粒轰击处理（Supersonic Fine ParticlesBombarding,SFPB）,能够形成纳米量级的改性层,而改性层的存在可以提升材料表面性能,若在超音速微粒轰击处理的过程中,加入活性炭粉末则能够制备含碳改性层。因此,通过超音速微粒轰击结合机械合金化技术制备20Cr2Ni4A钢表
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低碳钢及低碳合金钢在工程领域应用最为广泛,但在强化精密的仪器零件时,常采用超音速微粒轰击处理。采用超音速微粒轰击处理（Supersonic Fine ParticlesBombarding,SFPB）,能够形成纳米量级的改性层,而改性层的存在可以提升材料表面性能,若在超音速微粒轰击处理的过程中,加入活性炭粉末则能够制备含碳改性层。因此,通过超音速微粒轰击结合机械合金化技术制备20Cr2Ni4A钢表面改性层,后续结合稀土催渗和退火热处理提高表面改性层性能。本文采用优质低碳合金钢20Cr2Ni4A作为基体材料,通过SFPB处理实现表面纳米化制备表面改性层,研究改性层的组织及性能。结合退火和稀土催渗工艺,探究元素扩散机制。结果表明:1.经SFPB处理6min后,同步送粉和预置活性炭两种工艺下20Cr2Ni4A钢表面均形成含碳纳米改性层,含碳改性层厚度在3-5μm。纳米晶晶粒尺寸变小,分别达到24.5nm和21.0nm,通过引入碳元素的加入结合超音速微粒轰击处理可提升材料表面硬度（较基体的硬度提高约89.3%）,达到428.1 HV0.2。2.后续进行退火处理对改性层的组织和性能产生影响,分别在300℃、400℃和500℃退火处理,试样400℃退火保温120min处理退火后效果最好。晶粒大小保证在纳米量级,晶粒尺寸在20～50nm;含碳改性层的厚度明显增加,最厚约为8μm。3.稀土元素的种类和稀土元素的添加对改性层的组织和性能产生一定影响,预置稀土元素与活性炭混合粉末进行SFPB处理的改性层在退火处理后,La2O3和Ce O2皆存在于涂层表面。基体相和碳化物相是改性层表面主要的物相组成,其中含碳改性层厚度分别约为16.8μm和15.2μm,碳元素的扩散深度提升了69-72.6%。加入La2O3的改性层耐磨性能提升,磨损失重分别降低41.7%。4.20Cr2Ni4A在超音速微粒轰击时加入La2O3以及Ce O2元素可以使得材料的耐腐蚀性能得到提升,加入La2O3表面改性层耐腐蚀性能比加入稀土元素Ce O2的试样要好,说明La2O3晶粒更加明显,材料组织更加均匀。
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