氮化时间对激光粉末床熔融18Ni300钢进行NH3气体氮化处理的影响机制

《steel research international》：The Influence Mechanism of Nitriding Time on NH3 Gas Nitriding of Laser Powder Bed Fusion 18Ni300 Steel

激光粉末床融合18Ni300钢采用NH3气相渗氮处理，通过SEM、金相显微镜、EDS、XRD等分析表面层组织形貌与性能变化。结果表明渗氮时间增加导致晶粒方向性减弱，渗层厚度呈抛物线规律增长，表面粗糙度逐渐降低并趋于稳定。氮原子扩散分为四个阶段，第三阶段扩散系数达2.496×10^-13 m2/s，氮浓度在细晶粒区低于大晶粒区。表面硬度提升源于强化相析出及氮固溶强化作用。

　　

摘要

本研究使用NH₃气体对激光粉末床熔融（LPBF）18Ni300钢进行氮化处理，随后通过扫描电子显微镜、光学金相学、能量色散光谱、X射线衍射以及表面粗糙度和硬度测量等方法对表层进行了测试和分析。结果表明，随着氮化时间的增加，LPBF 18Ni300钢的晶粒取向逐渐减弱，氮化层的厚度呈抛物线规律增加，而表面粗糙度则逐渐减小并趋于稳定。N原子从LPBF 18Ni300钢表面的扩散主要经历以下几个阶段：1）非平衡初始沉积阶段；2）N原子渗透导致的晶格畸变加剧；3）过饱和固溶体的大量析出，使氮原子能够快速渗透；4）N原子含量逐渐饱和。在第三阶段，N原子的扩散系数最高（2.496?×?10^?13?m²?s^?1），从而实现最快的扩散速率。在局部区域，细晶中的N元素浓度低于粗晶中的浓度。表面硬度的提高归因于强化相的析出以及氮原子的固溶强化作用。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。