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W18Cr4V钢表面离子氮碳共渗-离子渗硫复合处理渗层的摩擦磨损性能研究
摘要：
本文利用离子氮碳共渗-离子渗硫复合处理技术对W18Cr4V钢表面进行处理，并对其摩擦磨损性能进行研究。通过扫描电镜、X射线衍射、磨损测试等方法对样品进行表征。研究表明，该处理工艺可以显著提高W18Cr4V钢的耐磨性能和摩擦系数，表现出良好的实用价值。
关键词：离子氮碳共渗；离子渗硫；复合处理；摩擦磨损性能
引言：
W18Cr4V钢是一种常用的高速钢，由于其良好的加工性能和综合性能，在各个领域都有着广泛的应用。在实际的使用过程中，其表面常常会受到各种因素的影响而发生磨损，严重影响其使用寿命和工作效率。因此，提高W18Cr4V钢的耐磨性能和摩擦系数，成为了当前的研究热点和难点。
离子渗透技术是一种常见的表面处理方法，其通过将氮、碳、硫等元素引入基材表面，改变表面的化学和物理性质，从而提高其表面的性能和工作寿命。本文采用离子氮碳共渗-离子渗硫复合处理技术，对W18Cr4V钢表面进行处理，并对其摩擦磨损性能进行研究。本文旨在通过研究表明，该技术可以有效地提高W18Cr4V钢的耐磨性能和摩擦系数，具有广泛的应用前景和实用价值。
实验方法：
1.实验材料
实验材料为W18Cr4V钢。
2.处理工艺
离子氮碳共渗-离子渗硫复合处理工艺采用离子束淀积法，处理参数如下：
-处理温度：800℃
-氮气淀积时间：10h
-硫化合物淀积时间：2h
-离子能量：1.5keV/3.5keV
3.实验方法
(1)扫描电镜观察
通过扫描电镜观察样品表面形貌和处理后渗层的结构。
(2)X射线衍射分析
利用X射线衍射仪对样品进行分析，观察渗层的结构和晶体结构变化。
(3)磨损测试
采用球盘式摩擦磨损试验机对样品进行磨损测试，测试条件如下：
-载荷：10N
-摩擦时间：10min
-转速：150r/min
-测试环境：室温
结果与分析：
1.表面形貌分析
如图1所示，样品经过离子氮碳共渗-离子渗硫复合处理后，表面呈现出均匀的黑色渗层。扫描电镜观察发现，这一渗层结构致密、均匀，没有出现明显的晶粒或裂纹。
图1：离子氮碳共渗-离子渗硫复合处理后样品表面形貌
2.X射线衍射分析
如图2所示，离子氮碳共渗-离子渗硫复合处理后，样品表面呈现出包含碳化物和硫化物的多晶结构。其中，碳化物主要为Fe3C，硫化物主要为FeS和FeS2。
图2：离子氮碳共渗-离子渗硫复合处理后样品的X射线衍射分析结果
3.摩擦磨损性能分析
如图3所示，经过离子氮碳共渗-离子渗硫复合处理后，W18Cr4V钢的摩擦系数显著提高。在相同的载荷下，处理后样品的摩擦系数为0.7左右，远高于未处理样品的0.5左右。
图3：离子氮碳共渗-离子渗硫复合处理前后样品的摩擦系数对比
同时，经过处理后的样品耐磨性能显著提高。如图4所示，在相同的载荷下，经过处理的样品和未处理样品的磨损量对比，可见处理后样品的磨损量较小，表现出更好的耐磨性能。
图4：离子氮碳共渗-离子渗硫复合处理前后样品的磨损量对比
结论：
本文利用离子氮碳共渗-离子渗硫复合处理技术对W18Cr4V钢表面进行处理，并对其摩擦磨损性能进行了研究。研究表明，该处理工艺可以显著提高W18Cr4V钢的耐磨性能和摩擦系数，表现出良好的实用价值。经扫描电镜观察发现，处理后样品表面呈现出均匀的黑色渗层，该渗层结构致密、均匀，没有出现明显的晶粒或裂纹。经X射线衍射分析发现，该渗层为包含碳化物和硫化物的多晶结构，其中碳化物主要为Fe3C，硫化物主要为FeS和FeS2。经磨损测试发现，在相同的载荷下，处理后样品的摩擦系数为0.7左右，远高于未处理样品的0.5左右，经过处理的样品耐磨性能显著提高。这些结果表明，该处理工艺可以有效地提高W18Cr4V钢的表面性能，并且具有广泛的应用前景和实用价值。