摘要
0Cr15Ni5Cu2Ti钢是一种具有优异性能的新型马氏体沉淀硬化型不锈钢，在新型舰船、航空航天等领域得到越来越多的应用。由于0Cr15Ni5Cu2Ti钢制成的某些飞机零部件通常工作在高温、高湿的恶劣腐蚀环境中，为了进一步提高耐腐蚀、耐磨损及抗高温氧化性能，本文采用盐浴渗氮、气体渗氮及多弧离子镀TiAlSiN涂层，对0Cr15Ni5Cu2Ti钢进行表面改性，并对其组织及性能进行测试分析。 研究结果如下： (1)0Cr15Ni5Cu2Ti钢盐浴渗氮。以渗氮温度、渗氮时间、氰酸根浓度为变量，每个因素取3个水平，设计L9(34)正交实验方案。采用正交试验法得出的优化工艺参数为：渗氮温度520℃，渗氮时间80min，氰酸根浓度34%。在此工艺条件下，表面硬度1100.7HV0.2，渗氮层深度29.66μm，氧化增重为基材的20%，摩擦系数降低了0.23，磨损量是基材的17.5%，腐蚀电压为-0.27416V，自腐蚀电流为4.5519×10-6A/cm2，腐蚀速率为0.052957mm/a，与基材相比，腐蚀电压提高了0.03V，自腐蚀电流密度减少了0.5×10-6A/cm2。 (2)0Cr15Ni5Cu2Ti钢气体渗氮。选择了普通井式气体渗氮炉和真空气体渗氮炉两种设备，采用四种不同工艺方案进行试验。经测试对比其性能，方案4效果最好，方案1次之，方案3最差。方案4为真空气体渗氮，其工艺参数为：渗氮温度520℃，渗氮时间32h，真空度-10~-20mbar。渗氮第一、二阶段温度为515±5℃，时长为13h；第三阶段温度为525±5℃，时长为19h。在此工艺条件下，表面硬度868.8HV0.2，渗氮层深度16.36μm，氧化增重为基材的24%，摩擦系数降低了0.07，磨损量为基材的20.5%，腐蚀电压为-0.22416V，自腐蚀电流密度为4.3519×10-6A/cm2，且腐蚀速率为0.051957mm/a，与基材相比，腐蚀电压提高了0.05V，自腐蚀电流密度减少了0.7×10-6A/cm2。 (3)0Cr15Ni5Cu2Ti钢表面多弧离子镀膜。依据课题组前期研究的涂层制备方法，选定TiAlSiN涂层为工作层。工艺参数：60A的靶电流，-100V的基体偏压，50%的占空比，50sccm的N2气流量，260℃的基体温度，120min的沉积时间。在此工艺条件下，表面硬度1971.4HV0.2，涂层厚度为3.8μm，氧化增重为基材的32%，膜/基结合力为10N。 (4)对比分析发现：盐浴渗氮、气体渗氮及多弧离子镀膜三种表面改性方法对0Cr15Ni5Cu2Ti钢的表面硬度、抗高温氧化、耐磨及耐腐蚀等性能均有一定程度的影响。其中抗高温氧化性能改善最明显的是盐浴渗氮，TiAlSiN涂层的表面硬度最高。盐浴渗氮及气体渗氮可明显提高0Cr15Ni5Cu2Ti钢的耐磨、耐腐蚀性能，且气体渗氮试样耐腐蚀性能更好。
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