甲烷气体对微波电浆不锈钢软氮化处理的影响

自从不锈钢问世后，因其具有优异的耐蚀性、成型性以及在很宽温度范围内的强韧性等特点，故已广泛应用于石油、化工、食品以及医药等行业，全年使用吨量也急剧上升。AISI 316属沃斯田铁系不锈钢，除具有原优良耐腐蚀性与易清洁等各项优点外，并具有易加工、易切削特性，居市面上使用量前兩名，但其硬度较低，在使用工具上存著磨损问题，使其于特定工作场所寿命大大降低，也限制了使用范围，因此，如何增加其表面硬度及耐磨耗性了重要的问题。但是也有科研人员提出，利用甲烷（CH4）气体参与氮化处理，来提高不锈钢的耐磨性能。

主要系使用微波(2.45GHz)电浆反应系统，进行AISI316不锈钢低温电浆软氮化处理，在软氮化处理参数以改变甲烷(CH4)添加之浓度0~5％，混合于氢气与氮气比例为3：2之腔体中，以腔体压力1Torr、电浆功率700W、处理温度450℃下进行处理时间80分钟，以探讨不同CH4气体经软氮化效果之影响。后续试片以X光绕射光谱仪进行表面渗层组织结构分析、电子显微镜观察试片断面微细构造、能量发散光谱仪测量渗层纵深元素分佈情形、微硬度测定仪测量表面及渗层纵深硬度、非球面量测仪检测表面粗糙度及耐磨耗试验机实施耐磨耗试验。

本研究系以添加不同CH4气体，进行AISI-316不锈钢试片之低温电浆软氮化处理，并探讨其氮碳共渗层组织之研究。研究结果显示：

1.添加3%CH4气体实施电浆软氮化处理时，能同时兼具有电浆氮化层的高表面硬度与电浆渗碳层的高渗层厚度等优越特性，渗层具有最高之耐磨耗性能。

2.经添加CH4气体进行之电浆软氮化，可使试片之表面粗糙度均低于原本电浆氮化处理之表面粗糙度。

3.以XRD分析结果显示，当添加CH4气体进行软氮化时，其渗层结构未发现CrN析出，仅观察出FeN结构组织，并因氮、碳原子渗入晶格中，而使XRD结果角度发生偏移。

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