表面钝化膜对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢渗氮的影响

王 凤

（中国航发长春控制科技有限公司，吉林 长春 130102）

0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料中含有大量的合金元素（如Cr、Ni），在空气中易形成致密的钝化膜，渗氮时它们会阻碍氮原子的进入，若表面钝化膜去除不完全或未去掉，则会导致渗氮时渗层深度不均匀或无渗氮层。本文研究几种不同表面钝化膜去除方法对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢渗氮的影响，为实际生产应用提供一定的理论依据。

1 试验材料与方法

本次试验材料为0Cr17Ni4Cu4Nb，试样尺寸φ10×20mm，表面粗糙度Ra 0.8цm，刻号进行区分。

（1）将所有试样进行固溶时效处理。工艺参数为：固溶：1040℃，保温40min，氩气冷却；时效：600℃，保温90min，氩气冷却。

（2）1号、2号试样采用喷砂方法去钝化膜，工艺参数为：白刚玉60目，风压0.8MPa，时间2min，喷砂后试样表面为均匀的灰色。

（3）3号、4号试样采用液体喷砂方法去钝化膜，工艺参数为：白刚玉150目，风压0.3MPa，时间2min，液体喷砂后试样表面为均匀的灰色。

（4）5号、6号试样采用酸洗方法去钝化膜，工艺参数为：将试样用铜丝绑扎装挂，放入酸洗槽内，浸泡3min，每30s晃动一次试样。

（5）7号、8号试样采用浸泡三氯化钛溶液方法去钝化膜，工艺参数为：将试样用不锈钢铁丝绑扎牢固，浸没在三氯化钛溶液内，时间2h。

（6）将9号～14号试样表面进行镀铜，铜层厚度约为0.012mm。其中，9号、10号试样浸泡三氯化钛纯溶液；11号、12号试样浸泡三氯化钛与水比例为2:1的溶液；13号、14号试样浸泡三氯化钛与水比例为1:1的溶液，时间均为2h。

（7）15号、16号试样浸泡三氯化钛与水比例为2:1的溶液；17号、18号试样浸泡三氯化钛与水比例为1:1的溶液，时间均为2h。

（8）将以上处理过的1号～18号试样同炉渗氮处理，工艺参数为：560℃，保温30h，KN值2.18。

2 试验结果与分析

2.1 表面钝化膜去除方法对渗氮层的影响

如图1所示，采用喷砂、液体喷砂和酸洗的方法去除试样表面钝化膜，渗氮后试样表面均无渗氮层，说明0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料的表面钝化膜比较致密，这三种处理方法均不能破坏材料表面的钝化膜，故渗氮时氮原子不能进入材料表面形成渗氮层；采用浸泡三氯化钛溶液的方法去除试样表面钝化膜，渗氮后试样表面有渗氮层，且渗层氮化物的形态致密、深度均匀、边缘完整，深度约为0.22mm，渗层硬度约为860HV。

2.2 三氯化钛溶液浓度对镀铜层及渗氮层的影响

因三氯化钛溶液具有一定的腐蚀性，对于部分表面渗氮、采用表面处理镀铜方法保护非渗氮面的零件，浸泡三氯化钛溶液去除材料表面钝化膜时需一并考虑其对非渗氮面镀层的影响性。

如图2所示。浸泡三氯化钛纯溶液的试样（9号、10号），渗氮后试样表面有凹凸不平、深浅不一的渗氮层，说明三氯化钛纯溶液的浓度能将试样表面的铜层全部腐蚀破坏掉，渗氮时不能起到防护的作用；浸泡三氯化钛与水比例为2:1浓度溶液的试样（11号、12号），渗氮后试样表面只有个别部位有一点渗氮层，说明稀释后的溶液对铜层破坏能力减弱，但仍不能起到完全防护的作用；浸泡三氯化钛与水比例为1:1浓度溶液的试样（13号、14号），渗氮后试件表面铜层基本完整，无渗氮层，说明三氯化钛与水比例为1:1的的溶液不会将试样表面铜层破坏，渗氮时能保证非渗氮面无渗氮层。另一方面，未镀铜试样（17号、18号）浸泡三氯化钛与水比例为1:1浓度的溶液，渗氮后渗层深度均匀、边缘完整，深度约为0.21mm，硬度约为840HV，说明三氯化钛与水比例为1:1的溶液能将试样表面钝化膜完全去除。

综上所述，浸泡三氯化钛与水比例为1:1的溶液既能完全去除试样表面的钝化膜，又能保证镀铜表面铜层的完整性，使试样渗氮时既能保证渗氮面渗层的深度、硬度等性能，又能保证非渗氮面无渗氮层。

图1 不同表面钝化膜去除方法渗氮后的金相组织图片

图2 浸泡不同三氯化钛溶液浓度渗氮后的金相组织图片

3 结语

（1）采用喷砂、液体喷砂和酸洗的方法均不能去除材料表面的钝化膜，渗氮后表面无渗氮层；采用浸泡三氯化钛溶液的方法能完全去除材料表面的钝化膜，渗氮后渗层深度均匀、边缘完整。

（2）对局部渗氮采用表面处理方法防护的零件，浸泡三氯化钛与水比例为1:1的溶液既能完全去除试样表面钝化膜，又能保证镀铜表面铜层的完整性，使试样渗氮时既能保证渗氮面渗层的深度、硬度等性能，又能保证非渗氮面无渗氮层。