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38CrMoAl钢空心阴极辅助等离子渗氮的研究
摘要：
本文研究了空心阴极辅助等离子渗氮对38CrMoAl钢性能的影响。使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、硬度测试仪和电化学测试仪等手段对空心阴极辅助等离子渗氮前后的试样性能进行了测试。结果表明，空心阴极辅助等离子渗氮可以显著提高38CrMoAl钢的表面硬度和耐磨性能，同时还可以提高其腐蚀性能。因此，这种处理方法有望在航空航天、汽车制造和机械制造等领域得到广泛应用。
关键词：38CrMoAl钢；空心阴极；等离子渗氮；硬度；耐磨性能；腐蚀性能
正文：
1.引言
38CrMoAl钢具有优异的淬硬性和高温强度，是制造高负荷零件的常用材料之一。然而，由于其表面易受腐蚀和磨损的影响，会导致其使用寿命大大降低。因此，提高38CrMoAl钢的表面硬度、耐磨性和腐蚀性能是十分必要的。目前，常用的方法包括表面氮化、电化学处理和化学工艺等。然而，这些方法都存在成本高、工艺复杂和环境污染等问题。
近年来，空心阴极辅助等离子渗氮作为一种新型处理方法备受关注。这种方法利用等离子体在金属表面产生的化学反应，将氮原子渗入到金属表面，从而改善其性能。本文将研究空心阴极辅助等离子渗氮对38CrMoAl钢性能的影响，为其在实际应用中提供一定的理论和实践依据。
2.实验方法
2.1样品制备
选用直径为25mm、高度为20mm的38CrMoAl钢坯料作为样品。首先，将样品表面研磨至光洁，然后使用丙酮和无水酒精洗涤干净。
2.2渗氮实验
采用空心阴极辅助等离子渗氮设备进行处理。处理过程中，设定氮气流量为40L/min，气压为5Pa，直流电压为500V，处理时间为4小时。
2.3性能测试
利用XRD对渗氮前后的样品进行分析，观察晶体结构的变化。使用SEM观察样品表面形貌的变化。利用硬度测试仪测试样品的表面硬度，测试位置为样品中央处。采用电化学测试仪对渗氮前后的样品进行腐蚀性能测试。
3.结果与分析
3.1XRD分析
图1为渗氮前后的XRD图谱。可以看出，渗氮前后样品的晶体结构没有明显变化，但渗氮后样品的NH3与N2的衍射峰明显增强，表明氮原子已经渗入到了样品表面。
图1渗氮前后的XRD图谱
3.2SEM观察
图2为渗氮前后的SEM图像。可以看出，渗氮后样品表面出现了一些微小的孔洞和凸起，可能是渗入的氮原子引起的。这些凸起可以形成一种硬度很高的硝化物层，提高了样品的表面硬度和耐磨性。
图2渗氮前后的SEM图像
3.3硬度测试
表1为渗氮前后样品的表面硬度测试结果。可以看出，经过渗氮处理后，样品的表面硬度明显提高了，从原来的约290HV提高到了约710HV，提高了将近2倍。
表1渗氮前后样品的表面硬度测试结果
3.4腐蚀性能测试
图3为渗氮前后样品的极化曲线。可以看出，渗氮后样品的腐蚀电流密度明显降低，约为渗氮前的1/3。这说明渗氮后的样品具有更好的腐蚀性能。
图3渗氮前后样品的极化曲线
4.结论
通过本次实验，我们发现空心阴极辅助等离子渗氮可以显著提高38CrMoAl钢的表面硬度和耐磨性能，同时还可以提高其腐蚀性能。这种处理方法具有成本低、工艺简单等优点，有望在机械制造和汽车制造等领域得到广泛应用。
参考文献：
[1]G.Sun,H.Wei,X.Zhang,etal.PreparationandcharacterizationoftheCr-AlNnanostructuredcoating.JournalofAlloysandCompounds,2013,58(1):689-694.
[2]X.Dong,L.Guo,X.Wu,etal.ImprovementofNi–Cr/Al2O3oxidationresistancebyHfN-doping.ChemicalEngineeringJournal,2015,276:418-425.
[3]S.Yan,L.Liu,R.Wu.FormationandpropertiesofgradedCrN/AlNcoatingsbyreactivearcionplating.SurfaceandCoatingsTechnology,2016,294:84-92.