沉淀硬化不锈钢机械能助渗铝工艺研究

沉淀硬化无锡不锈钢因具有高的强韧性配合，且在动、静载荷下具有低的应力集中敏感性，因而广泛用于宇航的承力、耐热、耐蚀的关键结构部件。但在其服役环境中，沉淀硬化无锡不锈钢常因其耐磨及耐蚀性能不足而导致材料使用寿命降低，必须对材料进行表面处理来提高材料的性能，渗铝是其中最有效和实用的手段。钢材经过渗铝后，表面能形成致密的氧化铝膜，可以大大提高材料的耐磨性、耐蚀性以及抗氧化性能，广泛应用于石油化工、冶金及航空工业中。

由于沉淀硬化无锡不锈钢的时效温度一般在600℃以下，常用渗铝工艺如固体渗铝、热浸镀铝等渗铝温度都比600℃高，都会导致基体材料力学性能的改变，为了不改变基体材料的力学性能，必须进行低温渗铝。物理气相沉积(PVD)渗铝工艺可以实现低温渗铝(渗铝温度400℃左右)，但其渗层结合力较差、设备昂贵等缺点制约了其应用。机械能助渗铝作为有效的低温渗铝工艺，由于其能降低渗铝温度和缩短渗铝时间，一直以来为诸多科研工作者所重视。对于机械能助渗铝的早期研究，多数以普通低碳钢为渗铝对象，而对不锈钢，特别是沉淀硬化不锈钢的低温渗铝工艺鲜有报道。本文采用机械能助渗铝工艺，在500℃对沉淀硬化不锈钢进行渗铝，在保证基体材料的力学性能基本无损耗的情况下，得到了硬度是基体2倍多的渗层。 

采用Φ20mm×3mm的片状和标准拉伸(Φ5mm)、冲击(10mm×10mm×55mm)的1Cr14Ni4Mo3N沉淀硬化无锡不锈钢试样。实验所用的渗剂主要由铝粉、铝铁粉、氧化铝及氯化铵等组成。实验前，对试样依次进行砂纸打磨、碱洗、酸洗、水洗、吹干等处理，然后与渗剂一起均匀放入滚筒中，加盖密封后于RG2-6-6保护气氛旋转电炉中加热至500℃，保温8～12h，炉冷到300℃以下时将渗件取出空冷，然后水洗吹干。  

通过机械能助渗铝，沉淀硬化不锈钢经500℃×10h的渗铝，得到厚11μm的渗铝层。渗铝层的硬度是基体的2倍多。机械能助渗铝工艺没有改变基体材料的力学性能。