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17-4PH不锈钢低温渗氮改性层结构及抗蚀性能研究

等离子体低温渗氮,17-4PH沉淀硬化不锈钢,γ´-Fe4N,α´N

采用ECR微波等离子体基低能氮离子注入技术对17-4PH沉淀硬化不锈钢进行表面改性处理，研究温度对不锈钢微观结构、相结构的影响以及其抗蚀机制。结果表明在330℃、380℃、430℃以及480℃下17-4PH不锈钢表面形成厚度为19.5 μm、17.5 μm、23.8 μm和26.9 μm的渗氮改性层，表面N浓度分别为6.56 wt.%、7.42 wt.%、9.95 wt.%和9.83 wt.%。低温下该层由γ´-Fe₄N（fcc）和α´_N（bct）组成，当温度超过430℃时CrN沿晶界析出。硬度由原始不锈钢的HV_1N 3.3 GPa分别增至HV_1N 12.1 GPa、HV_1N 13.5 GPa、HV_1N 14.8 GPa和HV_1N 19.1 GPa。基体硬度分别为HV_1N 4.3 GPa、HV_1N 4.7 GPa、HV_1N 4.5 GPa和HV_1N 4.1 GPa，表明该技术提高17-4PH不锈钢表面硬度的同时也改善基体硬度，温度超过430℃过时效较为明显。动电位极化曲线表明渗氮17-4PH不锈钢在硼酸盐溶液中抗蚀性明显增加，维钝电流密度增加一个数量级，腐蚀电位从-354.9 mV(SCE)最高增至-168.5 mV(SCE)。高温表层存在高电位的γ´-Fe₄N，CrN析出没有降低17-4PH不锈钢的抗均匀腐蚀性能。