渗氮温度对Inconel718合金磨损和腐蚀性能的影响

作为镍基合金家族的一员，基于其优异的力学性能，Inconel718合金被广泛应用在制造业、航空航天和能源等行业。众所周知，Inconel718是含有Ni-Fe-Cr元素的硬化合金，并且在工作温度高于700℃条件下，结合了极好的耐腐蚀性能和强度。因此，它也被广泛应用在重要的动力部件上，例如飞机的主要引擎、燃气轮机柱和机用模具等。然而，对于高耐磨要求的一些领域，Inconel718合金的应用仍然受到相应的限制。

目前，QPQ盐浴复合表面改性技术已经被确定是一种有效地可实现高耐磨、耐疲劳和耐腐蚀，且绿色环保的无毒新型热处理工艺，能够极大地改善镍基合金的表面性能。QPQ复合处理技术的本质是盐浴渗氮和盐浴氧化的复合。此外，QPQ工艺主要由6个步骤组成，分别是前清洗、预热、盐浴渗氮、盐浴氧化、后清洗和浸油。其中，预热、渗氮和氧化是QPQ技术最核心的步骤。预热的目的是为了除掉残留在工件表面的水分，并且生成一层有利于促进渗氮的氧化层，提高表面活性。渗氮和氧化是为了在金属表面分别形成一层致密的渗氮层和氧化膜，正是这些渗层的形成极大地提高了材料的耐磨、耐腐蚀等性能。因此，通过QPQ处理后的合金材料，其表面性能能够得到更大的改善和优化，从而实现一些特殊领域的应用。

然而，在目前诸多的研究文献中，有关Inconel718合金的表面处理主要集中在等离子渗氮和激光熔覆处理，有关渗氮温度对Inconel718合金材料耐磨和防腐性能的影响的研究文献较少。因此，科研人员利用光学显微镜、X射线衍射仪、防腐和耐磨性测试，研究经QPQ不同温度渗氮后对表面改性层性能的影响。

试验材料718镍基合金的主要化学成分(质量分数，%)为：Cr19、Ni52.5、Co5、Ti9、Al5，余量为Fe，通过线切割加工成10mm×10mm×10mm的试样块。QPQ处理工艺为：试样首先在空气加热炉内随炉加热至500℃，并且保温1h；预热处理后直接移至盐浴渗氮炉内进行渗氮，炉内CNO-的浓度为29%(质量分数)，渗氮温度分别为590℃、620℃和650℃，渗氮时间5h；氧化温度为400℃，处理时间均为30min，然后出炉空冷至室温，清洗随炉带出来的盐液。利用摩擦磨损试验、电化学、X射线衍射仪、金相显微镜和显微维氏硬度计系统地研究经不同渗氮温度下处理后改性表面层的相组成和性能特点。

结果显示改性表面的微观结构和相组成与渗氮温度有关。经QPQ处理后718镍基合金表面生成渗层，且随着渗氮温度的增加，渗层的厚度从7.5μm增加至12.5μm，渗层的形成主要是源于氮的扩散。根据XRD谱线分析，说明渗层主要由CrN、Fe4N组成。QPQ复合盐浴渗氮技术能够显著地提高镍基合金的表面性能，其中表面硬度最大可达1200HV0.1，几乎是未处理的3倍，而且耐磨性能是未做处理试样的400倍。在高温下进行渗氮，表面抗腐蚀性能降低，主要是由于CrN的生成，造成了表面单一相Cr含量的降低，导致表面电势的降低。