·238· 工程科学学报，第38卷，第2期 变化.主要的区别在于阳极极化区：对于未渗氮试样， 阳极极化开始后出现明显的稳态钝化状态，随着电位 升高电流密度几乎不变，电位达到约265mV时电流密 0 度急剧增大，说明钝化膜破裂开始出现点蚀：对于440 520℃ ℃试样，由于表面晶格畸变引起微观应力，点蚀电位略 -20 有降低，其余与未渗氮试样差别不大：对于480℃试 480℃ 样，由于渗氮过程中出现了CN相（如图2所示），造 成局部贫铬引起点蚀电位(E)下降约180mV,这些 60 试样的钝化电流密度(i,)也差别不大：对于520℃试 440℃- 未渗氮 -80 样，较未渗氮试样，自腐蚀电位降低约70mV,由于表 05 1.0152.02.5 3.0 面CN的大量析出，进入阳极极化以后，由于表面贫 宽度m 铬严重，难以形成稳定的钝化膜，没有稳态钝化出 图5 Custom465钢渗氮前后磨痕轮廓 Fig.5 Wear profile of Custom 465 under different conditions 现，随着电位升高，腐蚀电流密度迅速增大，耐蚀性 降低切 表2拟合得到的电化学参数 Table 2 Fitted electrochemical parameters TIC En/mV ion/(nA.cm-2)E/mv i1(nA.cm-2) 未渗氮 -115 18.5 265 102 2 440 -107 56 202 100 480 -116 60 88 123 520 -188 54 与174PH低温离子渗氮后耐蚀性升高相比， 末渗氨 440 480 520 渗氮温度： Custom465钢渗氮后耐蚀性降低.这可能有两方面的 图6 Custom465钢渗氮前后磨损体积 原因：一方面，17-4PH中Cr的质量分数为17%明 Fig.6 Wear volume of Custom 465 under different conditions 显高于Custom465钢中的12.12%，渗氮处理中CrN 的析出降低材料表面单质C的含量，对于174PH,由 图7为Custom465钢渗氮前后磨痕微观形貌.可 于其本身Cr含量较高，仍有足够的单质C形成连续 以看到，经520℃渗氮处理后的试样磨痕与其他三组 而稳定的钝化膜：而对于Custom465钢，渗氮处理后 表现出完全不同的形态.前三组试样呈现出明显的黏 可能单质C的含量已经降低到形成稳定钝化膜所需 着、疲劳和轻微磨粒磨损的形貌，高倍下可以观察到明 含量阈值以下，所以其耐蚀性降低，且随着处理温度升 显的片层状剥落以及基体材料的塑性变形.磨损过程 高，CN相含量升高，基体贫铬现象加重，耐蚀性逐渐 中，局部接触点应力很大，基体材料在相互滑动时产生 降低.另一方面，Y等网发现，扫描速率也会明显影 沿滑动方向的变形并呈现出片层状形貌，对于未渗氮 响测试结果，扫描速率越慢，测得的不锈钢的点蚀电位 样品，磨痕两侧有明显的塑性变形引起的凸起.对于 越低，相较于文献报道中的1mVs及2mVs,本实 520℃渗氮后的试样，从图5可以看到，其磨痕深度约 验中0.1667mV·s的扫描速率，可能也会影响得到的 为17um,小于渗层厚度，即磨损结束后渗层未被磨 测试结果 穿，对应的磨痕宽度也远远小于前三组样品，磨痕表 2.5耐磨性变化 面分布着大量细小的磨屑，这是在磨损过程中高硬 图5和图6分别为Custom465钢渗氮前后磨痕轮 度的渗层在WC球的应力作用下逐渐剥落产生的， 廓及磨损体积比较.相较于未处理试样3.67mm3的磨 整个磨痕表面几乎没有塑性变形的形貌，这与文献 损体积，440℃渗氮后的试样为3.64mm3,几乎没有变 中观察到的是一致的0，这也说明磨损仅局限于渗 化，这主要是表面硬度升高不明显及渗层太浅的原因 层中，尚未达到基体，渗层的形成明显增强材料的耐 随着渗氮温度的升高，磨痕的深度、宽度以及磨损体积 磨性能 都明显减小，说明表面渗氮引起的强化效果十分明显， 3结论 起到了良好的减磨作用，480℃和520℃时的磨损体积 分别为2.11mm和0.66mm3,较未渗氮试样分别降低 (1)Custom465马氏体沉淀硬化不锈钢经440、 43%和82%. 480及520℃盐浴渗氮2h处理.随渗氮温度升高，表工程科学学报，第 38 卷，第 2 期 变化． 主要的区别在于阳极极化区: 对于未渗氮试样， 阳极极化开始后出现明显的稳态钝化状态，随着电位 升高电流密度几乎不变，电位达到约 265 mV 时电流密 度急剧增大，说明钝化膜破裂开始出现点蚀; 对于 440 ℃试样，由于表面晶格畸变引起微观应力，点蚀电位略 有降低，其余与未渗氮试样差别不大; 对于 480 ℃ 试 样，由于渗氮过程中出现了 CrN 相( 如图 2 所示) ，造 成局部贫铬引起点蚀电位( Eb ) 下降约 180 mV，这些 试样的钝化电流密度( ip ) 也差别不大; 对于 520 ℃ 试 样，较未渗氮试样，自腐蚀电位降低约 70 mV，由于表 面 CrN 的大量析出，进入阳极极化以后，由于表面贫 铬严重，难 以 形 成 稳 定 的 钝 化 膜，没 有 稳 态 钝 化 出 现，随着电位升高，腐蚀电流密度迅速增大，耐蚀性 降低［17］． 表 2 拟合得到的电化学参数 Table 2 Fitted electrochemical parameters T /℃ Ecorr /mV icorr /( nA·cm － 2 ) Eb /mV ip /( nA·cm － 2 ) 未渗氮 － 115 18. 5 265 102 440 － 107 56 202 100 480 － 116 60 88 123 520 － 188 54 — — 与 17-4PH 低 温离子渗氮后耐蚀性升高相比， Custom 465钢渗氮后耐蚀性降低． 这可能有两方面的 原因: 一方面，17-4PH 中 Cr 的质量分数为 17%［18］ 明 显高于 Custom 465 钢中的 12. 12% ，渗氮处理中 CrN 的析出降低材料表面单质 Cr 的含量，对于 17-4PH，由 于其本身 Cr 含量较高，仍有足够的单质 Cr 形成连续 而稳定的钝化膜; 而对于 Custom 465 钢，渗氮处理后 可能单质 Cr 的含量已经降低到形成稳定钝化膜所需 含量阈值以下，所以其耐蚀性降低，且随着处理温度升 高，CrN 相含量升高，基体贫铬现象加重，耐蚀性逐渐 降低． 另一方面，Yi 等［19］发现，扫描速率也会明显影 响测试结果，扫描速率越慢，测得的不锈钢的点蚀电位 越低，相较于文献报道中的 1 mV·s － 1及 2 mV·s － 1，本实 验中 0. 1667 mV·s － 1的扫描速率，可能也会影响得到的 测试结果． 2. 5 耐磨性变化 图 5 和图 6 分别为 Custom 465 钢渗氮前后磨痕轮 廓及磨损体积比较． 相较于未处理试样 3. 67 mm3 的磨 损体积，440 ℃渗氮后的试样为 3. 64 mm3 ，几乎没有变 化，这主要是表面硬度升高不明显及渗层太浅的原因． 随着渗氮温度的升高，磨痕的深度、宽度以及磨损体积 都明显减小，说明表面渗氮引起的强化效果十分明显， 起到了良好的减磨作用，480 ℃和 520 ℃时的磨损体积 分别为 2. 11 mm3 和 0. 66 mm3 ，较未渗氮试样分别降低 43% 和 82% ． 图 5 Custom 465 钢渗氮前后磨痕轮廓 Fig． 5 Wear profile of Custom 465 under different conditions 图 6 Custom 465 钢渗氮前后磨损体积 Fig． 6 Wear volume of Custom 465 under different conditions 图 7 为 Custom 465 钢渗氮前后磨痕微观形貌． 可 以看到，经 520 ℃ 渗氮处理后的试样磨痕与其他三组 表现出完全不同的形态． 前三组试样呈现出明显的黏 着、疲劳和轻微磨粒磨损的形貌，高倍下可以观察到明 显的片层状剥落以及基体材料的塑性变形． 磨损过程 中，局部接触点应力很大，基体材料在相互滑动时产生 沿滑动方向的变形并呈现出片层状形貌，对于未渗氮 样品，磨痕两侧有明显的塑性变形引起的凸起． 对于 520 ℃渗氮后的试样，从图 5 可以看到，其磨痕深度约 为 17 μm，小于渗层厚度，即磨损结束后渗层未被磨 穿，对应的磨痕宽度也远远小于前三组样品，磨痕表 面分布着大量细小的磨屑，这是在磨损过程中高硬 度的渗层在 WC 球的应力作用下逐渐剥落产生的， 整个磨痕表面几乎没有塑性变形的形貌，这与文献 中观察到的是一致的［20］，这也说明磨损仅局限于渗 层中，尚未达到基体，渗层的形成明显增强材料的耐 磨性能． 3 结论 ( 1) Custom 465 马氏体沉淀硬化不锈钢经 440、 480 及 520 ℃盐浴渗氮 2 h 处理． 随渗氮温度升高，表 · 832 ·