论文部分内容阅读
高氮无镍奥氏体不锈钢具有众多优点,不仅克服了传统奥氏体不锈钢中镍元素对人体有害和昂贵等问题,还有优良的耐腐蚀性能、强韧的力学性能和良好的加工性能,具有广泛的潜在应用价值,如:医用植入材料、海洋工程和装备等领域。本文基于低成本、高性能高氮奥氏体不锈钢的性能要求和粉末冶金的技术特点,制备了致密和多孔高氮无镍奥氏体不锈钢,对其工艺方法、成分、组织和性能进行了设计和优化:（1）以低氮CrMn不锈钢粉末为原始材料,通过粉末渗氮和放电等离子烧结（SPS）工艺制备了FeCrMnN系致密高氮无镍奥氏体不锈钢。探究了渗氮温度（700-900℃）对低氮CrMn不锈钢粉末的相组成与含氮量的影响,获得了氮含量较高且可控（0.68-2.89wt.%）的含氮不锈钢粉末;随后,通过SPS制备了FeCrMnN系的致密高氮奥氏体不锈钢,并研究了氮含量对其相、组织、耐腐蚀性和力学性能的影响。各强化机制定量分析结果表明,固溶强化和细晶强化占主导作用,显著提升了粉末冶金高氮奥氏体不锈钢的力学性能,而析出强化作用对力学性能贡献并不显著。（2）以中氮CrMnMo不锈钢粉末为研究对象,探究了渗氮温度（600-775℃）对中氮CrMnMo不锈钢粉末的相组成与氮含量的影响,获得了氮含量较高且可控（0.75-2.62 wt.%）的含氮不锈钢粉末;随后,通过SPS工艺制备了FeCrMnMoN系致密高氮奥氏体不锈钢,并研究了氮含量对其相结构、组织、耐腐蚀性和力学性能的影响。研究结果表明所制备的FeCrMnMoN系致密高氮奥氏体不锈钢,具有非常优越的屈服强度和抗拉强度。随着氮含量的增加,试样的耐腐蚀性呈现先增加后降低的趋势,当渗氮温度为650℃时,试样的耐腐蚀性能最优。（3）以中氮CrMnMo双相不锈钢粉末为研究对象,采用模压成形和气固渗氮烧结方法制备了FeCrMnMoN系多孔高氮无镍奥氏体不锈钢,探究了烧结温度、造孔剂含量和压制压力对其孔隙率和孔隙形貌的影响,分析了不同工艺参数对其组织、抗压性能和弹性模量的影响规律,并研究了其在0.9 wt.%Na Cl溶液中的动电位极化行为。各不锈钢试样动电位极化行为研究表明,随着孔隙率的增加,各多孔不锈钢试样的腐蚀倾向逐渐增大。随着烧结温度的提高,多孔不锈钢试样的年腐蚀速率和腐蚀电流密度呈现出下降的趋势,其耐腐蚀性能逐渐优化。（4）探究氢气还原处理对中氮CrMnMo双相不锈钢粉末气固渗氮烧结试样组织的影响:分析还原温度和还原时间对试样表面和心部相组成的影响,结合光电子能谱仪（XPS）和X射线衍射仪（XRD）定性分析和半定量分析,探究还原过程中氧化物的演变规律,对比研究未经还原和还原处理样品中氮的存在状态,探讨还原处理工艺对渗氮行为的影响;结合材料热力学理论,研究各种氧化物的热力学稳定性。还原工艺参数对析出物含量具有影响,随着还原时间的延长,还原过程更充分,CrN相含量小幅增加,Cr2N相含量则小幅下降。还原温度参数对氮化物含量的影响比较复杂,先增加再下降最终又上升。本文全面的研究了FeCrMnN系的致密高氮无镍奥氏体不锈钢和FeCrMnMoN系的致密/多孔高氮无镍奥氏体不锈钢的制备、组织和性能,不仅为制备高性能的工程用高氮无镍奥氏体不锈钢带来了新的方法,也为医用植入材料提供了一种新的选择,还为制备出高性能的粉末冶金高氮奥氏体不锈钢提供了理论参考和新的途径。