采用不同空氣流量對(duì)42CrMo 鋼進(jìn)行離子氮氧共滲，并和常規(guī)離子滲氮進(jìn)行對(duì)比。利用金相、顯微硬度計(jì)、X 射線衍射儀、電化學(xué)性能分析測(cè)試儀對(duì)復(fù)合滲層的顯微組織、厚度、物相、表面硬度及耐蝕性進(jìn)行了測(cè)試和分析。研究結(jié)果表明，普通空氣可用作42CrMo 鋼離子氮氧共滲處理的氧氣源；同樣溫度和時(shí)間條件下，離子氮氧共滲比常規(guī)離子滲氮的滲層厚，表面顯微硬度提高，硬度梯度更加平緩。同時(shí)，滲層中物相含微量Fe3 O4，起到提高耐蝕性的效果。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，空氣流量0.3 L/min 為最佳工藝參數(shù)。

　　42CrMo 鋼具有高強(qiáng)度、高韌性和淬透性好等良好綜合性能，被廣泛應(yīng)用于齒輪。為滿足齒輪表面耐磨、心部良好韌性的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，一般都要進(jìn)行表面熱處理。其中，離子滲氮技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于鋼材表面強(qiáng)化處理，但在工業(yè)生產(chǎn)中由于滲氮周期長(zhǎng)速度慢，增加了經(jīng)濟(jì)成本，離子氮氧共滲復(fù)合工藝有效提高了滲氮速度，獲得更優(yōu)的滲層性能。

　　離子氮氧共滲是在離子滲氮?dú)夥罩刑砑雍�氧氣體進(jìn)行的復(fù)合化學(xué)熱處理工藝，與常規(guī)離子滲氮相比，該工藝處理的試樣具有較大化合層厚度，較高的表面硬度，同時(shí)滲層中含有Fe3O4物相，該物相結(jié)構(gòu)致密，具有較高的電化學(xué)穩(wěn)定性，顯著提高其耐蝕性。

　　本研究探索普通空氣是否可作為離子氮氧共滲的氧氣源，并系統(tǒng)研究不同空氣流量對(duì)42CrMo 鋼離子氮氧共滲復(fù)合滲層組織與性能的影響，探討離子氮氧共滲復(fù)合處理機(jī)理。空氣離子氮氧共滲可帶來(lái)的顯著優(yōu)點(diǎn)是操作方便，可減少采用其他氣源造成的成本增加、環(huán)境污染，尤其可大大提高滲速。

　　1、實(shí)驗(yàn)材料及方法

　　實(shí)驗(yàn)材料為調(diào)質(zhì)態(tài)42CrMo 鋼，其化學(xué)成分( 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.39% ～0. 42% C；0.16% ～0.24% Mo；0.75% ～1.0% Mn；0.15% ～0.34% Si；0.9% ～1.02%Cr；其余為Fe。采用線切割切成10 mm × 10mm × 5 mm 試樣，表面依次用240 目-2000 目的SiC砂紙磨平，再用金剛石拋光至鏡面，最后用無(wú)水乙醇在超聲波中清洗10 ～15 min，并用吹風(fēng)機(jī)吹干，待用。

　　離子滲氮共滲復(fù)合處理工藝流程如圖1 所示，主要分如下三步：首先，向LD-8CL 型直流等離子體滲氮爐內(nèi)通入氫氣進(jìn)行濺射加熱和清潔處理；當(dāng)達(dá)到設(shè)定的離子氮氧共滲溫度后同時(shí)通入氫氣和氮?dú)夂筒煌�流量的空氣進(jìn)行離子氮氧共滲。離子氮氧共滲溫度為550℃、時(shí)間為4 h，氫氣和氮?dú)饬髁亢愣�，分別為0.6 和0.2 L /min。離子氮氧共滲結(jié)束后，關(guān)閉所有氣源待試樣在離子滲氮爐內(nèi)冷卻到到室溫。所采用的離子氮氧共滲工藝參數(shù)如表1 所示。

圖1 離子氮氧共滲工藝流程圖

　　采用金相顯微鏡和JSM-6510 型掃描電鏡(SEM) 對(duì)截面組織進(jìn)行觀察；D/max 2500 型X 射線衍射(XRD) 儀對(duì)滲氮層物相進(jìn)行分析；采用TD7300 型電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)在3.5% NaCl 溶液中進(jìn)行，測(cè)量離子氮氧共滲后的試樣在室溫下的極化曲線，參比電極為飽和甘汞電極(SCE) ，輔助電極為Pt電極，初始電位為-1.6 V，終止電位為-0.4 V，掃描速度為1 mV/s。表1 離子氮氧共滲工藝參數(shù)對(duì)離子氮氧共滲白亮層厚度和硬度的影響。

　　2、結(jié)論

　　(1) 普通空氣可以作為離子氮氧共滲氧氣源，且添加適量空氣可大大提高42CrMo 鋼離子滲氮速度。

　　(2) 42CrMo 鋼空氣離子氮氧共滲處理后，滲氮層物相發(fā)生改變，滲層中出現(xiàn)具有良好電化學(xué)穩(wěn)定性的Fe3O4相，從而進(jìn)一步提高滲氮層耐蝕性。

　　(3) 42CrMo 鋼空氣離子氮氧共滲處理后，化合層厚度比常規(guī)離子滲氮厚度提高50% 以上，有效硬化層深度提高100 μm 以上。

　　(4) 空氣離子氮氧共滲處理后，表面硬度最大達(dá)到790 HV0.05，比常規(guī)離子滲氮提高60 HV0.05，且滲層硬度梯度更加平緩。

　　(5) 空氣流量v空= 0.3 L /min 時(shí)為最佳工藝參數(shù)，獲得最佳滲層。