中间退火-二次渗氮工艺对纯铁渗氮层增厚机制及耐腐蚀性能的优化研究

本文推荐一种创新的中间退火-二次渗氮（IATN）工艺，旨在突破传统气体渗氮中渗氮层增厚的瓶颈。该工艺通过中间退火促进氮原子扩散与氮化物分解，使纯铁渗层厚度显著提升（化合物层增厚84%），并揭示了其相变（ε-Fe2–3N, γ’-Fe4N）与增厚机制。电化学测试表明，增厚的化合物层赋予材料优异的反复钝化能力与耐腐蚀性，为钢铁材料长效防腐提供了新策略。

　　

Highlight

材料与方法 (Materials and methods)

本研究采用工业纯铁（20 × 20 × 1 mm³）。其化学成分、预处理细节及渗氮设备已在先前研究中讨论过[24]。在本研究中，通过不同的工艺进行了连续二次渗氮和中间退火-二次渗氮实验。实验A（连续二次渗氮）：先在660°C下进行一次渗氮3小时，随后在680°C下进行二次渗氮3小时。实验B（IATN）：先在660°C下进行一次渗氮...

金相与相结构分析 (Metallographic and phase structure analysis)

图1展示了实验A、B和C样品的金相照片。可以看出，渗氮样品呈现出典型的奥氏体区渗氮特征，即渗氮层由化合物层、过渡层、扩散层和基体组成。这些不同的相结构导致蚀刻后呈现出不同的颜色：过渡层（α-Fe + γ’-Fe₄N）形成黑色的层状共析组织，称为"Braunite"层[5,27]。相结构和...

结论 (Conclusions)

(1) 中间退火-二次渗氮工艺显著增加了渗氮层厚度，其中化合物层达到48.14 μm，过渡层达到52.49 μm。

(2) 在600°C下中间退火1小时后，Fe + Fe₄N的相结构分布显示出最佳的二次渗氮效果。

(3) 电化学测试表明，经过中间退火-二次渗氮处理的样品表现出反复钝化行为，更厚的化合物层与更好的耐腐蚀性相关。