双层辉光离子Ni-Cr-Mo-Nb多元共渗

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.03.013 第21卷第3期 北京科技大学学报 Vol.21 No.3 1999年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing June 1999 双层辉光离子Ni-Cr-Mo-Nb多元共渗 张旭”杨忠民)董建新”谢锡善”徐重)高原) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)太原理工大学表面工程研究所，太原030024 摘要采用双层辉光离子渗金属技术在纯铁表面进行Ni-Cr-Mo-Nb多元共渗.结果表明：双 层辉光离子Ni-CrMo-Nb多元共渗可以在工业纯铁表面形成合金元素成分呈梯度分布镍基表 面合金层。对双层辉光离子NiC-MoNb多元共渗存在成分离析现象从合金元素的扩散原理 探讨了其产生的机制. 关键词多元共渗；扩散：双层辉光：离子渗金属 分类号TG156 双层辉光离子渗金属技术是一项表面冶金 2试验结果 新技术，在普通碳钢的表面，可以实现合金元素 的单元渗四和多元共渗2，但是，在双辉多元共 时间对渗层表面合金元素含量的影响见图 渗的条件下，会出现渗层中合金元素比例与源 1a.由图可见，随时间增加，渗层表面Ni含量增 极合金元素比例不同的现象，即渗层成分离析. 高，Cr含量略有增高，Mo,Nb含量降低.影响渗 双辉多元共渗过程非常复杂，包括辉光放电、源 层表面合金元素含量的变化的因素有：(1)源极 极溅射、表面沉积、等离子传输和渗层扩散过 提供合金元素Ni+Cr+Mo+Nb总量在渗层表 程.复杂影响因素造成了渗层成分控制的困难， 面所占比例；(2)源极提供合金元素Ni,Cr,Mo, 本文以Inconel625作为合金元素的供给源，在 Nb之间在渗层中的比率.在双层辉光离子渗金 纯铁的表面渗入镍基合金，采用固定源极，阴极 属技术中，工艺因素对渗层中合金元素总量和 电位，极间距，气压等工艺参数，只改变时间参 各合金元素所占比率都有影响.时间增加，渗层 数的实验方案，来排除辉光放电、阴极溅射等影 表面合金总量增加（图1b),这与普通渗金属过 响观察测量的因素，探讨合金元素扩散对双层 程相似.几种合金元素在渗层表面的比率也发 辉光离子渗金属过程中成分离析的影响规律和 生变化（图1c),随时间增加，渗层表面Ni,Cr元 渗层合金元素离析的形成规律 素比率增加，Mo,Nb元素比率降低.说明Ni-Cr- Mo-Nb多元共渗过程中合金元素的吸收存在离 1试验方案 析现象，共渗前期吸收Mo,Nb较多，共渗后期， 吸收Ni,Cr较多，时间对渗层厚度影响见图1d, 渗金属试验在自制双层辉光离子渗金属炉 随时间增加，渗层厚度增大，它与时间的平方根 中进行，源极材料Inconel625的成分（质量分数/ 近似成正比.时间对源极失重和溅射率的影响 %)为：Ni->58,Cr-20.0-23.0,Fe<5.0,Mo- 见图le,结果表明，源极失重和溅射率都不随时 8.0-10.0,Nb-3.15-4.15,C<0.01,Mn-<0.5,A1 间变化而变化. 一<0.4，Ti一<0.4，Si-<0.015,C0一<1.0.试样材 图2为时间对渗层中合金元素分布的影响. 料为工业纯铁.工艺参数范围：气压30Pa,温度 Ni,Cr,Mo,Nb合金元素在渗层表面含量较高， 1000℃，源极电压1150V,阴极电压400V,极 随深度增加，合金元素含量逐渐下降，在渗层中 间距20mm.时间分别为1,3,5,7,9h 呈梯度分布. 滲金属后试样在扫描电镜下进行能谱分 图3为渗层内不同深度对合金元素Ni,Cr, 析，测定渗层中的合金元素的含量. Mo,Nb含量之间比率的影响.由图可见，在渗 1998-06-30收稿张旭男，32岁，博上生 层的不同深度，合金元素含量之间比率也在发 ◆国家"863"高科技资助项目CNo.7150080050)

第 1 卷 2第 3 期 19 9 9 年 月 6 北 京 科 技 大 学 学 报 J u a o r n l oUf n i v e s r yi t o s f c e l ae en n 饱 d l c h n o l o y g B e i j i n g 1 V 6 一 1 2 N o 3 J u e n 19 9 9 双 层 辉 光 离子 iN 一 C r 一 M O 一 N多b 元 共 渗 张 旭 ` , 杨 忠 民 ” 董建新 ” 谢锡善 ” 徐 重 2 , 高 原 ” l) 北京 科技 大学材 料科学与工 程学 院 , 北 京 l。田) 8 3 2) 太原 理工大 学表面 工程研 究所 , 太原 03 0 2 4 摘 要 采 用双层 辉光 离 子渗金 属技 术在纯 铁表面 进行 iN 一 C 卜M。 书七 多元 共渗 . 结 果表 明 : 双 层 辉 光离 子 iN 一 C卜 M o . N b 多元共渗 可 以在工业 纯铁表 面形 成合金 元素成 分呈梯度 分布镍基表 面合 金层 . 对 双层 辉光 离子 iN 一 C 卜M o . N b 多元 共渗存 在成 分离析 现象 从合金元 素的扩 散原理 探讨 了其 产生 的机 制 . 关键 词 多元 共渗 ; 扩 散 : 双 层辉 光 ; 离子渗金 属 分类 号 T G 15 6 双层辉光 离子渗金属技术是一项表面冶金 新技术 , 在普通碳钢 的表面 , 可 以实现合金元素 的单 元渗 `, ,和 多元共渗侧 , 但是 , 在双辉 多元共 渗 的条件下 , 会 出现渗层 中合金元素 比例 与源 极合金元素 比例不 同的现象 , 即 渗层成分离析 . 双辉 多元共渗 过程 非常复杂 , 包括辉光放 电 、 源 极溅 射 、 表面沉积 、 等 离子传输和 渗层 扩 散过 程 . 复杂影 响因素造成 了渗层成 分控制 的 困难 . 本 文 以 I cn o en l 6 25 作为 合 金 元 素 的 供给源 , 在 纯铁 的表面渗入镍基合 金 , 采用 固定 源极 , 阴 极 电位 , 极 间距 , 气压等工 艺 参数 , 只 改变 时间参 数 的实验方案 , 来排除辉 光放 电 、 阴极溅射等影 响观 察测量 的因 素 , 探讨 合金 元素扩散对 双层 辉光 离子渗金属 过 程 中成分离析的 影 响规律和 渗层 合 金 元素离析 的形 成 规律 . 1 试 验方 案 渗金属试验在 自制双层 辉 光离子 渗金 属 炉 中进行 , 源极材料 I cn on el 6 25 的成分 ( 质量 分数 / % ) 为 : N i一 > 5 8 , C r一2 0 . 0一 2 3 . 0 , F e一 < 5 . 0 , M卜 8 . 0一 10 . 0 , N 卜一 3 . 1 5一1 5 , C一 < 0 . 0 1 , M n一 < 0 . 5冰 l 一 < .0 4, iT一 < .0 4, 51 一 0< . 0 1 5 , C O - 一 l< . 0 . 试样材 料 为工 业纯铁 . 工 艺 参数范 围 : 气压 3 0 P a , 温度 I 0 0 0 oC , 源极 电压 1 15 0 V , 阴 极 电压 4 0 0 V , 极 间距 2 0 un . 时 间分别 为 l , 3 , 5 , 7 , 9 h . 渗 金 属 后 试 样 在 扫 描 电 镜 下 进 行 能 谱 分 析 , 测 定渗层 中的合 金元素 的含量 . 19 9 8 一 06 一 3 0 收稿 张旭 男 , 32 岁 , 博士 生 * 国 家 ” 8 6 3 , , 高科技 资助项 目’(N 0 7 15 0 0 8 0 0 5 0 ) 2 试验结果 时间对渗层表面合金元素含量 的影响见 图 al . 由图可 见 , 随时间增加 , 渗层 表面 N i 含量增 高 , C r 含量略有增高 , M。 , N b 含量 降低 . 影 响渗 层 表面合金元素含量的变化 的因 素有 : ( l) 源 极 提 供合金 元素 N i 十 C r + M o + N b 总 量在 渗层 表 面 所 占比例 ; (2) 源极提供 合 金 元素 iN , cr , M 。 , N b 之间 在 渗层 中 的 比率 . 在 双层 辉光 离子 渗金 属 技术 中 , 工 艺 因 素 对 渗层 中合 金 元素总 量 和 各合 金 元素 所 占 比率都有影 响 . 时间增加 , 渗层 表面 合 金 总量 增加 ( 图 lb ) , 这与普通渗金 属 过 程相似 . 几 种合金 元素 在 渗 层 表面 的 比率也 发 生 变化 ( 图 I c) , 随时 间 增 加 , 渗层 表面 N i , C r 元 素 比率增加 , M o , N b 元素 比率 降低 . 说 明 N i 一 C r - M O 一 Nb 多元共渗过 程中合金元素的吸 收存在离 析现象 , 共渗前期 吸 收 M 。 , N b 较多 , 共渗后 期 , 吸 收 N i , C r 较 多 . 时间对渗层 厚度 影 响见 图 l d , 随时间增加 , 渗层 厚度增大 , 它与时间的平方根 近似成 正 比 . 时 间 对源极失重 和 溅射率 的影 响 见图 l e , 结果表 明 , 源极 失重和溅射率都不 随时 间变化而 变化 . 图2 为时间对渗层 中合金 元素分布的 影 响 . iN , rC , M o , Nb 合金 元素在渗层表面 含 量较高 , 随 深度增 加 , 合 金 元素 含量逐渐下 降 , 在渗 层 中 呈梯度分布 . 图 3 为渗层 内不 同深度对合 金元 素N i , C r, M o , ’Nb 含量之 间 比率 的影 响 . 由 图 可 见 , 在渗 层 的不 同深 度 , 合金元素含 量之间 比率也在发 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 03. 013

Vol21 No.3 张旭等：双层辉光离子Ni-Cr-Mo-Nb多元共漫 ·263· 80 100 0.80 (@) 必 (b) (c) Ni/Ni+Cr+Mo+Nb 60 0.60 90 & + 0.40 40 鑫 Cr 如 80 Cr/Ni+Cr+Mo+Nb + Mo G Mo/Ni+Cr+Mo+Nb 20 8 Nb/Ni+Cr+Mo+Nb 70 0.00 士士 0.02.04.06.08.010.0 0.02.04.06.08.010.0 0.0 2.0 4.06.08.010.0 t/h t/h t/h 80 3 3 (④ (e) 图1时间对渗层表面的影响 60 2 (a合金元素含量，(b)合金 总量，（©）合金元素比率 40 1 1 (w/w,i=Ni,Cr,Mo,Nb), 函 (d)渗层厚度，(e)源极失重 20 0 0 和溅射速率. 0 -1 0.0 1.02.03.04.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 t hi t/h 30 14 (a) t/h (b) t/h (c) t/h 60 12 20 20 99 0 40 80 40 80 -5 40 80 离表面距离μm 离表面距离/m 离表面距离m 6 120 (d) t/h (e) 80 图2时间对渗层中合金元素含量的影响 40 (a)Ni,(b)Cr,(c)Mo,(d)Nb,(e)Fe 0 0 -50 40 80 -50 40 80 离表面距离μm 离表面距离/m 生相对变化，其规律为N,Cr比率随深度增加 对1000℃共渗时的渗层中各合金元素沿 而增大，而Mo,Nb比率随渗层深度增加而降低 深度分布曲线进行3次回归分析，确定合金元

V bL Z I N o . 3 张旭等 : 双层辉光离子 Ni 一 C 卜M o . N b 多元共渗 2 6 3 8 0 10 0 1反面 0 . 80 ( e ) N i了N l 月毛卜M o 十N b 芝 6 0 0 . 6 0 0 . 4 0 0 . 2 0 C r N/ 1 斗C +F M o + N b 冬~ 一叫卜一一` 一一一 , 一一碑 ` 卜、 ~ ~ M O N/ i 十 C叶 M O十 N b 芝哥习山尔链烟巾 908 芝喇睡胡巾 4 0 津沁层盔苦ó` 奔法泥u 2 . 0 4 . 0 6 . 0 8 . 0 一 7 0 匕一一 一上 - - 一习` 一一一杏一 -一 匕 - - 习 0 . 0 0 L止士二亡二` 二上二盆二生= 兰= 1 0 . 0 0 . 0 2 . 0 4 . 0 6 . 0 8 . 0 1 0 . 0 0 . 0 2 . 0 4 . 0 6 . 0 8 . 0 10 . 0 t 小 t 爪 ì ! 200.0 一0 t 几 8 0 图 1 时间对渗层表面 的影响 a( ) 合金元素含量 , (b) 合金 总 量 , (c ) 合 金 元 素 比率 (晰w/ : , 污N i , C r , M o , N b ) , (d ) 渗层厚度 , (e ) 源极失重 和溅射速率 . ǎ 一牟侧à · 并到妙粼暇 一!今妙水侧 60420 侧殴噢烟、如里 一 1 ( e ) + ~ + 一 十 十 一 卜一一刀一一一= ` 一一旧 一 , 一 1 0 . 0 1 . 0 2 . 0 3 . 0 t l口 瓜 ,口 (a) 比 2 . 0 4 . 0 3 0 1 }(b ) 6 . 0 8 . 0 10 . 0 t 小 t/ b ,` 12 巨 卜 t/ h 2 0 R 岁、 兮月 芝。 罗、琴。` 淤 2080460 、求乏, l 0 ) . n ù n ù , l we es es . I J l l l十ù“es卫 ( 一 | ! J 月峥一、ù 一洲l| 4 0 离表面距离 小m 4 0 8 0 离表 面距 离 /脚 0 L 一 5 4 0 8 0 离表面距 离 /脚 120 ( d) t/ h 8 0 图 2 时间对渗层 中合金元素含量 的影晌 ( a ) N i , 伪) C ’r ( e ) M o , (d ) N b , ( e ) F e 芝 .ó , 2 芝惫里 4 0 一 2 lse 占 一 5 0 4 0 8 0 离表面距离 /脚 0 1 - - L 一 5 0 4 0 8 0 离表面距离 /脚 生 相对变化 , 其规律 为 N i , C r 比率随深度增加 而 增大 , 而 M o , N b 比率随渗层深度增加而 降低 . 对 1 0 0 0 ℃ 共渗 时 的渗层 中各合金 元素沿 深度分布 曲线进行 3 次 回归分析 , 确定合金 元

·264· 北京科技大学学报 1999年第3期 0.80 较大的差别，Ni,Cr,Fe元素的扩散系数大大高 十十十+一+ Ni/Ni+Cr+Mo+Nb 于Mo,Nb元素的扩散系数.元素扩散能力的排 0.60 列顺序为Cr>Ni>Fe>Mo>Nb. 盖040 3讨论 Cr/Ni+Cr+Mo+Nb 0.20 ◆ 石 双层辉光离子Ni-Cr-Mo-Nb多元共渗的渗 Mo/Ni+Cr+Mo+Nb 层表面的扩散系数为10ms数量级，大大高 0.00 89-e二2g3 Nb/Ni+Cr+布 -0.10LL 于普通渗金属方法的扩散系数10-1~10-9ms -10 0 20 40 60 数量级.在双层辉光离子渗金属过程中，由于工 离表面距离/m 件表面受到离子的轰击，造成渗层表面空位浓 图3不同渗层深度的合金元素比率（刚wa) 度显著提高，并在滲层表面向内形成浓度梯度， 素Ni,Cr,Mo,Nb的渗入曲线方程为： 大量的空位存在，大大降低了合金元素的扩散 w=63.29-0.01696X-0.004790X2- 激活能，使合金元素的扩散速度明显提高.合 0.0001106X: 金元素表面扩散系数的增大；使合金元素在表 wc=19.08-0.005474X+0.001216- 面层扩散速度增大，浓度梯度降低，有利于在渗 0.00006694: 层表面快速形成较厚的、变化平缓的表面合金 w=7.338-0.2069X+0.002745X- 层，提高表面耐腐蚀和耐磨损性能.渗层表面合 0.00001767X: 金含量和渗层深度取决于工艺参数，试验中主 M=2.386-0.08499X+0.001007X2- 要工艺参数源极电位、阴极电位、气压、极间距、 0.000003839X: 温度都是不变的，合金元素的源极供给量也是 wr.=7.9290.3009X+0.0004932X+ 稳定的.因而合金元素的表面扩散能力的差别， 0.0001920X, 是造成渗层表面含量和各合金元素含量之间比 其中，X渗层合金的深度值，m. 率随时间变化和各渗层合金元素比率随深度变 经检验，回归效果显著.由合金元素的回归 化的主要原因.Ni,Cr元素扩散系数高于Mo,Nb 方程确定d/dy和xy,再按如下公式求解扩 元素，因而Ni,Cr元素在渗层中扩散快于Mo, 散系数D: Nb元素，造成随深度增加Ni,Cr元素比率逐渐 D-等. 增加，Mo,Nb元素比率逐渐下降：而Mo,Nb元 渗层中合金元素Ni,Cr,Mo,Nb,Fe在不同 素在表面的富集，造成了Mo,Nb元素阴极溅射 深度的扩散系数见图4.结果表明：渗层表面合 量的增加，使其吸收量降低，因而随时间增加， 金元素Cr,Ni,Fe的扩散系数比渗层内部高1个 渗层表面Mo,Nb含量下降：但合金元素总含量 数量级.另外，几种合金元素的扩散系数也存在 随时间增加而增加，渗层厚度与时间的平方根 近似成线形关系， 100.0 4结论 Cr 10.0 Ni (I)双层辉光离子Ni-Cr-Mo-Nb多元共渗可 以在纯铁表面形成高合金含量的表面Ni-Cr Fe Mo-Nb合金层.合金元素在表面合金层中呈梯 1.0 Mo 度分布，而且表面梯度较小. Nb (2)双层辉光离子Ni-Cr-Mo-Nb多元共渗存 0.1 在两类成分离析现象： 0 20 40 6070 (a)渗层中合金元素存在离析现象.随时间 离表面距离μm 增加，渗层表面Ni含量增高，Cr含量略有增高， Mo,Nb含量降低，渗层表面合金总量增加，渗 图4合金元素在渗层不同深度的扩散系数

. 2 6 4 . 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 1 3 9 9 9 0 . 8 0 0 . 6 0 N N i / i + M 什 C 十 o N b 较 大的差 别 , N i , C r , F e 元 素 的扩散系数大大 高 于 M。 , N b 元素的扩散系数 . 元 素扩散能力的排 列 顺 序为 C r > iN > eF > M o >N b . 0 . 4 0 C r N/ i月毛什M o 十 N b 0 . 2 0 0 一 0 芝哥五瑕叹招如 10 L 一 1 0 0 2 0 40 60 离表面距离 /脚 图 3 不 同 渗层深度的合金元素比率 (wl lw 公 素 N i , C r , M 。 , Nb 的渗入 曲线方程 为 : 叭 i = 6 3 . 2 9 一 0 . 0 16 9 6X ` 0 . 0 0 4 7 9 0 X 2 一 0 . 0 0 0 1 10 丘丫 , ; w cr = 1 9 . 0 8 一 0 . 0 0 5 4 7 4叉年0 . 0 0 1 2 16X 2一 0 . 0 0 0 0 6 6 9 4 万 〕 ; w M 。 二 7 . 3 3 8 一 0 . 2 0 6 9火年0 . 0 0 2 7 4 5矛一 0 . 0 0 0 0 1 7 6又丫 3 ; w 场 = 2 . 3 8 6 一 0 . 0 8 4 9 9X 十0 . 0 0 1 0 0 7 X 2一 0 . 0 0 0 0 0 3 8 3从丫 3 ; w F。 = 7 . 9 2 9 + 0 . 3 0 0 9天任0 . 0 0 0 4 9 3 ZX ? + 0 . 0 0 0 19 2 Q万 , , 其 中 , X 渗层合金 的深度 值 , 脚 . 经检验 , 回 归效果 显 著 . 由合金 元素 的回归 方程确定 面中 和 枷 , 再 按如下 公 式求解扩 散系数 D : 。 1 dx r , 2少 = 一下蕊二一 1 - - 1 X Q V 。 乙 I ay 夕” 渗层 中合金元 素 iN , C r , M O , Nb , eF 在 不 同 深度 的扩散系数见 图 4 . 结果表 明 : 渗层表面合 金 元素 C r , N i , eF 的 扩散 系数 比渗层 内部 高 1 个 数量级 . 另 外 , 几种合金元素 的扩散 系数 也 存在 10 0 . 0 ō l , 、李日 !一O x 、自 0 2 0 4 0 6 0 7 0 离表面距离 /脚 图 4 合金元素在渗层不同深度 的扩散系数 3 讨 论 双层 辉 光离子 N i 一 C r 一 M O . N b 多元 共渗 的渗 层表面 的扩 散系数 为 1 0 一 , m sz/ 数量级 , 大 大高 于 普通 渗金 属方法 的扩散 系数 10 一 ’ 。 一 1 0 一 , m =s/ 数量级 . 在双层 辉光离子渗金属过程 中 , 由于工 件表面受到 离子的轰击 , 造 成渗层表面 空位浓 度显著提 高 , 并在渗层表面 向内形成浓度梯度 , 大量的空位存在 , 大大降低 了合金元 素的扩散 激活能 41[ , 使合金元素 的扩 散速 度 明显提 高 . 合 金元素表面扩散系数的增大 ; 使合 金元素在表 面层扩散速度增大 , 浓度梯度 降低 , 有利于在 渗 层表 面快速形 成较厚的 、 变化平缓 的表面合金 层 , 提高表面耐腐蚀和 耐磨损性能 . 渗层 表面合 金含量和 渗层 深 度取决于 工 艺参数 , 试验 中主 要工艺 参数源极电位 、 阴极 电位 、 气压 、 极 间距 、 温 度都是 不 变 的 , 合金 元素的源极供给 量 也 是 稳定 的 . 因而 合金元素 的表面 扩 散 能力 的 差 别 , 是 造成 渗层 表面 含量 和 各 合 金元素 含 量之 间 比 率随时间变化和 各 渗层 合 金元素 比率随深 度变 化的主 要原 因 . N i , C r 元 素扩散系数高于 M o , Nb 元素 , 因而 N i , C r 元素在渗层 中扩 散快于 M o , N b 元素 , 造 成 随深度增加 N i , C r 元素 比率逐渐 增加 , M O , N b 元素 比率逐渐下 降 ; 而 M O , N b 元 素在表面 的富集 , 造 成 了 M O , N b 元素 阴极溅射 量 的增加 , 使其吸 收量 降低 , 因 而 随 时 间增加 , 渗层表面 M O , N b 含量 下 降 ; 但合金元 素总含量 随 时 间增 加 而增加 , 渗层厚度与 时 间 的平方 根 近似成线形关 系 . 4 结论 ( l) 双层辉 光离子 iN 一 rC 一 M o . N b 多元共渗可 以在 纯 铁 表面 形成 高合 金 含 量 的表 面 N i 一 C r - M 小N七 合金 层 . 合 金 元素在表面合金层 中呈 梯 度 分布 , 而 且 表面梯度较小 . (2 )双层 辉光 离子 iN 一 rC 一 M o . N b 多元共 渗存 在 两 类成分 离析现象 : a( ) 渗层 中合金元素存在 离析现象 . 随 时 间 增 加 , 渗层 表面 N i 含量增 高 , C r 含量略有增高 , M o , N b 含量 降低 , 渗层 表 面 合金 总量增加 , 渗

Vol.21 No.3 张旭等：双层辉光离子Ni-Cr-Mo-Nb多元共渗 ·265· 层表面Ni,Cr元素比率增加，Mo,Nb元素比率参考文献 降低. (b)在渗层的不同深度合金元素也存在离析 1徐重.双层辉光离子渗金属技术.太原工业大学学 报，1990,21：30 现象随渗层深度的增加，合金元素N,Cr比率2范本惠，双层辉光离子渗金属多元共渗的研究.机械 增加，合金元素Mo,Nb比率降低， 工程材料，1991,15(4)：10 (3)双层辉光离子Ni-Cr-Mo-Nb多元共渗的3 Xu Zhong.Surface Alloying Simplified..Advanced Ma- 扩散系数为10-‘cms数量级，大大高于普通渗 terials Processes,1997(12):33 金属方法的扩散系数.合金元素Ni,Cr扩散系 4 Li C J,Xu Z.Diffusion Mechanism of Ion Bombard- 数在渗层表面大大高于合金元素Mo,Nb的扩 ment.Surface Engineering,1987(4):310 散系数. Multi-element Ni-Cr-Mo-Nb Surface Alloying by Double Glow Plasma Method Zhang Xu",Yang Zhongmin,Dong Jianxin,Xie Xishan,Xu Zhong?,Gao Yuan 1)Material Science and Engineering School,UST Beijing.Beijing 100083,China 2)Research Institute of Surface Engineering School,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China ABSTRACT The multi-element Ni-Cr-Mo-Nb surface alloying has been studied by means of Double Glow Plasma Surface Alloying Technique.The results show that the highly alloyed gradient Ni-base surface alloy- ing layer can be formed by double glow multi-element Ni-Cr-Mo-Nb plasma surface alloying.The composi- tion demixing phenomenon,which exist in plasma Ni-Cr-Mo-Nb surface alloying process,has been discussed based on alloying element diffusion. KEYWORDS multi-element surface alloying;diffusion;double glow;plasma surface alloying 米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米 [Journal of University of Science and Technology Beijing(English Editon),1999,6(1):15] Experiment Study of Fluid Flow in Thin Slab Continuous Caster Mould with Water-Model Yanping Bao,Jianqiang Zhu,Naiyuan Tian,Baomei Xu Abstraet:Model study is an efficient method for optimizing the structure of the mould and the submerged en- try nozzle(SEN).Based on the similarity criteria,a full-scale water modle has been established in accordance with the mould of thin-slab caster of the CSP(Compact Strip Production)operation.The effects of SEN struc- ture including outlet area,outflow angle,nozzle width,nozzle thickness and immersion depth have been stu- died under high speed casting by measuring the amplitude and the impetus of top waves.By the orthogonal experiment design,not only the influnce of the factors was estimated,but also the optimun work condition was judged.The rules of the fluid flow phenomena were summarized.The principle for choosing a reasonable structure of SEN was discussed. Key words:thin-slab casting mould;submerged entry nozzle(SEN);water-modle

V b l . Z I N 0 . 3 张旭等 : 双层辉光离子 iN 一 rC 一 M O . N b 多元共渗 . 2 6 5 层表 面 N i , C r 元素 比 率增加 , M O , N b 元 素 比率 降低 . b( )在渗层的不 同深度合金元素也 存在离析 现象 . 随渗 层深度 的增加 , 合 金元 素 iN , C r 比率 增加 , 合金元素 M O , N b 比率 降低 . (3 )双层辉 光离子 N i 一 C r . M O . N b 多元共 渗的 扩 散系数为 10 一 c m Z / s 数量级 , 大大 高于普 通渗 金 属方法 的扩散 系数 . 合金元素 N i , C r 扩 散系 数 在渗层表面 大大 高于 合金元 素 M 。 , Nb 的扩 散系数 . 参 考 文 献 1 徐重 . 双层辉 光 离子渗金 属技 术 . 太 原工业 大 学学 报 , 19 9 0 , 2 1 : 30 2 范本 惠 . 双层辉光 离子渗金 属多元共 渗的研 究 . 机 械 工程 材料 , 19 9 1 , 15 ( 4 ) : 1 0 3 X u hZ o n g . S u ir 触c e A lloy in g S而P liif e d . A vd an e e d M a - et ir a l s & P r o c e s s e s , 19 9 7 ( 12 ) : 33 4 L I C J , X u Z . Di加 s i o n M e e han i s m o f l o n B o m bar d - m e in . S ur af e e E gn ine e inr g , 19 87 ( 4 ) : 3 10 M u lt i 一 e l e m e n t N i 一 C -r M o 书b[ S ur fa e e A ll o y i n g b y D o ub l e G l o w P l a s m a M e ht o d hZ a 馆Xu , ), aY叮 hZ o n g阴 in , ), D o馆 五口献 in , ), iX e iX 3 h a n , ), Xu hZ o心 ), G a o 为 a n , , l ) M aet ir al S e i e n e e an d E gn in e e inr g S e h o l , U S T B e ij ign , B e ij in g 1 00 0 8 3 , C h i n a 2 ) eR s acer h I n s t i tu e o f s ur af c e E n gin e e irn g s e h o o l , 几妙 u an U n i v ers ity o f eT e hn o l o 既 几妙 u an 0 30 02 4 , C h ian A B S T R A C T hT e m ul t i 一 e l e m e n t N i 一 C r 一 M o ~ N七 s ur af e e a ll o y ign ha s b e e n st u d l e d b y m e an s o f D o ub l e G l o w P l a sm a S t lr af e e A ll o y ign eT e hn i q u e . hT e r e s u it s s h o w ht at hte ih gh ly a ll o y e d gr a d i e n t N i 一 b a s e s ur af e e a lloy - i n g lay er e an b e of rm e d b y d o u b l e g l o w m u lt i 一 e l e m e in N i 一 C -r M o . Nb[ Pl a s m a s ur af c e a lloy in g . hT e e o m Po s i - t i o n d e m 议in g P h e n o m e n o n , w h i c h e x i s t in Pl a s m a N i 一 C r 一 M o 一 N b s ur af e e a lloy in g rP o e e s s , h a s b e e n d i s e us s e d b a s e d on a ll o y in g e l e m e nt id n b s i o n . K E Y、 VO R D S m u lt i 一 e l e m e nt s ur fa e e a lloy ign : id fu s i o n : d o ub l e g l o w : Pl a sm a s ur fa e e a lloy ign 半 带 半 半 朱 带 米 果 来 米 果 崇 带 来 来 朱 朱 来 半 果 带 米 半 来 米 米 米 带 半 来 来 米 来 朱 带 米 米 朱 带 米 朱 涤 来 O[J urn a l of nU i vesr i印 of sc ie n ce an d eT c h n o l句沙 B e 扩动g ()E gl7 o h E甘iot n) , 1 9 9 9 , 6 ( l ) : 15 ] E xP e ir m e n t S tU dy o f F l u id F l o w i n T h in S l a b C o n it n u o u s C a s t e r M o u l d w it h w 自t e -r M o d e l 抢甲 滚心 aB o, 涌 ian q ia gn hZ u, aN U侧 a n 兀 a n, B ao m ie 而 A b s tr a e t : M o d e l sut d y i s an e if e i e nt m e ht o d ofr o tP im 讫 in g ht e s utr e tL ir e o f ht e m o ul d an d ht e s u b m e r g e d e n - 勿 on lz e ( S E N ) . B a s e d o n ht e s而il iar yt e ir et ir a , a ful l 一 s e a l e w at e r m odl e h a s b e e n e s abt lihs e d in ac e o r id m e e w iht ht e m o u ld o f ht in 一 s lab e a s et r o f ht e C S P ( C o m Pac t Sitr P P r o d u c it o n ) o ep r at ion . Th e e fe e st o f SE N s trU e - 奴甘 e icn 】u d in g o u t let ar e a , o ut fl o w an g l e , n o lz e w id t h , n o z l e ht i e kn e s s an d umn e r s i o n de Pht h vae be e n s ut - id e d un d e r hi hg s Pe e d e as t i n g 勿 m e a s ur in g ht e am Pliut d e an d ht e u n ep ust o f t o P w va e s . B y ht e o hrt o g o an l e xP e r u n e nt de s i , , n ot on ly ht e i l l fl un e e o f ht e fa c t o r s w a s e s tha at e 氏b ut a l s o het O Pt im un w o r k e o n id it on w as 」u dg e d . hT e ur l e s o f het fl ul d fl o w hP e n o m e n a w e r e s um a ir z e d . Th e Pir n c ip l e for e h o o s ign a r e a s o n ab l e Slt u Ch 叮 e o f S E N w as id s e u s s e d . K ey w o r d s: 也认 一 s lab e a s t i n g m ou ld : s ub m e gr e d e n lt y n o z l e ( S EN ) ; w aet r 一 m o d l e