基于EET理论的离子氮化层性能研究

作者：冯涛; 冯雅; 段琼; 孙永兴

来源：表面技术, 2021, 50(06): 298-305.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.06.034

• 45钢
• 离子渗氮
• 经典电子理论
• 价电子结构
• Fe-N金属间化合物

目的分析离子渗氮层中Fe-N金属间化合物的价电子结构与渗层性能之间的关系。方法以45号钢为研究对象,测试45号钢离子渗氮后的硬度、渗层厚度、物相组成、摩擦磨损性能、耐蚀性和力学性能。根据XRD测试结果,应用EET理论,对渗层中的Fe-N金属间化合物相的价电子结构、键能、结合能等进行计算,并分析性能与Fe-N金属间化合物价电子结构之间的关系。结果渗氮温度为520℃、氮氢流量比为3∶1时,渗层的硬度以及耐磨、耐蚀性均最高,但渗层的脆性最高,其冲击吸收功下降至母材的26%。计算结果表明,α-Fe、Fe4N、Fe3N和Fe2N的共价电子密度计算值分别为299.13、367.68、416.45、458.78 nm-3,晶体的平均键合能分别为412.65、444.02、472.48、486.61 kJ/mol,晶格电子密度的计算值分别为133.36、108.58、84.72、81.74 nm-3,晶体的塑性因子分别为76.20、14.75、3.66、3.65。结论ε相对渗层的塑韧性影响最大,适当降低离子渗氮温度以及氮氢流量比,能够有效减少ε的含量,以改善渗氮件塑性差的问题。

• 单位
  先进焊接与连接国家重点实验室; 哈尔滨工业大学; 中国石油大学（华东）