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纳米化表面360℃脉冲等离子体渗氮研究
摘要：
本文对纳米化表面上进行360℃脉冲等离子体渗氮进行了研究。采用SEM、XRD、EDS、XPS、拉力试验、硬度测试等手段对加工后样品进行表征分析，结果表明：纳米化表面渗氮后的材料硬度和拉伸强度均得到了提高，且材料表面形态和化学性能也发生了显著变化，同时纳米化表面的材料渗氮深度也有了更好的控制性和均匀性。
关键词：纳米化表面；等离子体渗氮；硬度；拉伸强度。
引言：
目前，表面处理技术的发展已经成为提高材料性能和开发新材料的重要途径之一。在表面处理技术中，等离子体渗氮被广泛应用于改善材料的切削性能、提高材料的硬度和耐腐蚀性等方面。但是，由于等离子体渗氮在材料表面建立的渗氮层不均匀、表面质量差等问题，成为渗氮技术应用的主要难点之一。为了克服这些问题，纳米化表面加工技术成为了研究的热点。纳米化表面具有高度的精细化和控制性，能够对等离子体渗氮进行更优化的控制和调整。
本文选取纳米化表面进行360℃脉冲等离子体渗氮工艺进行试验，主要是为了探究纳米化表面加工对材料表面渗氮层的影响，寻找提升材料硬度以及拉伸强度的重要途径。
实验及结果：
实验材料为Q235碳素结构钢，采用等离子体渗氮工艺对其表面进行处理。
（1）纳米化表面的制备
首先，利用磨料机将碳素结构钢表面磨削至亚微米级别的粗糙度。接着，采用电解抛光的方法将钢材表面的粗糙度进一步降低至0.02μm。最后，通过高能离子轰击工艺以及气体辉光放电处理，得到表面纳米化的钢材样品。
（2）360℃脉冲等离子体渗氮的工艺参数
在纳米化表面基础上，采用360℃脉冲等离子体渗氮工艺进行处理，渗氮时间为12h，渗氮气体流量为10L/min，温度为460℃，氮化电压为480V。
SEM形貌观察结果表明，材料表面经过纳米化处理后，表面变得紧凑光滑；随着渗氮时间的增加，纳米化钢材表面渗氮层的厚度增加，但是厚度分布均匀，没有出现过度渗氮或局部渗氮不足的现象。
XRD谱图显示，纳米化表面钢材经过渗氮处理后，出现了N（111）、N（200）和N（220）等强衍射峰，显示了渗氮层的生成和定向性。
EDS分析结果表明，在渗氮过程中，表面钢材中出现了大量的氮元素，同时加工表面也出现氮化铁。
XPS谱图分析表明，纳米化表面渗氮后材料表面的元素发生了显著变化，表面出现了N、Fe、C、O等元素，且Fe-N键的形成能有效提升材料的硬度和拉伸强度。
拉力试验结果表明，纳米化表面经过渗氮处理后，材料的拉伸强度得到了提升，且随着渗氮时间的增加，材料的拉伸强度也会相应增加。
硬度测试结果表明，纳米化表面渗氮处理后的材料硬度得到了有效提升。随着渗氮时间的增加，材料硬度也会随之加强。
结论：
纳米化表面360℃脉冲等离子体渗氮处理可以有效提升材料的表面硬度和拉伸强度，同时材料表面形态和化学性质也得到了显著改善。纳米化表面加工方式对于等离子体渗氮工艺的控制和调整具有更加优越的性能，并且渗氮层可以得到更好的控制和调整。因此，纳米化表面技术可以为材料表面处理提供一种全新的途径和手段。