低温等离子渗氮Ti-Nb稳定IF钢中Fe-N相与梯度微观结构协同提升抗压抗划伤性能的研究

《Surface and Coatings Technology》：Synergistic investigation on Fe N phases and gradient microstructure supported anti-indentation and anti-scratch performance of low-temperature plasma ion nitrided Ti Nb stabilized IF steel

本文系统研究了低温等离子渗氮（PIN）对Ti-Nb稳定IF钢表面性能的优化，重点分析了不同温度处理下形成的ε-Fe2-3N、γ'-Fe4N等Fe-N相及梯度微观结构对抗压痕、抗划伤性能的协同增强机制。研究发现450°C处理样品综合性能最佳，划痕硬度提升至基体3.2倍，为低成本高性能汽车钢材表面改性提供了重要理论依据和实践方案。

　　

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材料

本研究的基体材料为钛和铌稳定的无间隙原子钢（IF steel），采购自印度卡纳塔克邦贝拉里的Jindal South West Steel Ltd.公司。基材的成分如表1所示。根据供应商提供的信息，该钢的显微硬度为93 HV（0.9 GPa），最大延伸率约为45%。

渗氮细节

实现等离子渗氮（PIN）的装置如图1所示。该测试在印度浦那的Bhat Metals Pvt. Ltd.设施中进行。低温PIN在...

来自XRD数据的推论

各样品的XRD图谱如图2a所示。未处理的N-0样品在44.6°、65.2°、82.4°和98.9°处显示出四个α-Fe（铁素体相）峰，分别对应（110）、（200）、（211）和（220）特征晶面。索引是根据文献，参考COD-96900-8537数据库文件进行的[15,16,35]。在所有处理过的样品中，N-400和N-450显示出所有上述铁素体峰。有趣的是，与N-0样品相比，这些峰的强度相对较低...

讨论

本研究重点介绍了在三个不同温度（400、450和500°C）下通过等离子渗氮对IF钢进行表面改性。处理后，在基体上形成了不同的Fe-N相，这支持了文献中的说法[11,26,35,47]。XRD图谱（图2a）确认了这些相的存在，并且该数据与通过场发射枪扫描电镜（FEG-SEM）（图4）和透射电镜（TEM）（图7, 8, 9）进行的形貌研究相关联。辉光放电光谱（GD-OES）图（图3）显示了...

结论

对Fe-N相和梯度微观结构进行了深入研究，该结构支撑了低温等离子渗氮处理的Ti-Nb稳定IF钢的抗压痕和抗划伤行为。渗氮在三个不同的处理温度（400°C至500°C）下进行。在截面方向上进行了FEG-SEM和TEM分析，以确认工作的梯度微观结构方面。使用四种不同的载荷进行了压痕测试...