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1、 摘 要磨损是零件失效的重要原因之一。零件的磨损包括磨料磨损，疲劳磨损及粘着磨损等几种主要方式。往往在一个零件上会同时出现多种形式的磨损。但在某一特定摩擦副及特定工况下，某一种方式的磨损总要占据主要的地位。为了提高工件的耐磨性，通常可以采取提高工件表面硬度，改善工件表面应力状态或提高工件表面的减磨能力等措施，诸如对工件施加表面淬火、表面化学热处理及表面强韧化处理等。通过研究发现，渗硫可使工件获得较佳的工作状态，提高其抗摩擦，抗磨损性能。室温电解渗硫技术是在以往技术基础上加以改进研究后提出的一种渗硫新工艺，它有效克服了以往工艺的某些缺点，增强了其可操作性，对实现渗硫技术低成本、高性能研究，具有重
2、大的意义。本课题以45#钢为研究对象，通过对不同参数条件下渗硫层组织形貌、厚度的研究，确定其优化工艺。通过对比分析，室温电解渗硫达到最佳渗硫层的工艺参数为：电压4.5V，渗硫时间15min，两电极间距离14cm。关键词：45#钢；电解渗硫；室温；渗硫层；金相组织IAbstractThe attrition is one of the most important reasons for the Components expiration.The Components attrition includes several major ways ,such as abrasive wear, fa
3、tigue wear and adhesive wear and so on. Generally,several kinds of attritions will appear on a components at the same time , but in one rubs vice and under a specific operating mode, a way of attrition will always occupy the main position.In order to improve the wear resistance of the work piece,we
4、usually take the following measure such as improving the surface hardness, improving surface stress condition of the work piece and enhancing the surface wear-resisting ability of the work piece, in addition, we can exert the surface hardening on the work piece , surface treatment and surface chemis
5、try 、strengthening and toughening and so on .The research shows that sulfide can get a better piece of work status, increase their resistance to friction and attrition.The Room temperature electrolysis sulphurization technology is a new process sulfide which is improved based on the past technology.
6、It has overcome some shortcomings of the past technique effectively, enhanced its maneuverability, and it has played a great significance on realizing the low-cost, high-performance research.In the issue, we choose 45 # steel as studying object, by researching the organization appearance and the thi
7、ckness of the sulphurizing levels on a condition of different parameter, we can determine its optimized craft.Through contrastive analysis, the results show that, the parameters for the room temperature electrolysis sulfide layer to achieve the best process are: the voltage is 4.5v,the sulfide time
8、is 15min, the distance between the two electrode is 14cm.Keywords:45 steel; electrolyte sulphurizing; Room temperature; Sulphurizing level； Microstructure目 录1 绪 论11.1 前言11.2 化学热处理21.3 渗硫技术的产生及其工艺特点31.3.1 渗硫技术的产生31.3.2 渗硫层及其工艺特点31.4 常用表面渗硫方法41.4.1 液体渗硫41.4.2 固体渗硫51.4.3 气体渗硫51.4.4 低温等离子渗硫71.5 渗硫技术的发展现
9、状与前景82 课题的提出102.1 理论基础102.1.1 固体润滑机理102.1.2 电解原理112.1.3 渗硫层减磨机理122.2 室温电解渗硫122.3 课题的提出及其研究意义133 实验内容与方法153.1 实验材料153.1.1 实验材料的选取153.1.2 热处理工艺163.2 实验方法173.2.1 试样的除油、除锈处理173.2.2 渗硫173.3 金相试样的制备183.3.1 镶块183.3.2 试样的预磨193.3.3 抛光193.3.4 腐蚀、照相193.4 扫描电镜试样的制备203.5 耐腐蚀实验204 实验结果与分析214.1 渗硫层的表征214.2 FeS膜的耐腐
10、蚀性能224.3 工艺参数对渗硫层的影响234.3.1 电压对渗硫层的影响234.3.2 时间对渗硫层的影响264.3.3 两极间距离对渗层的影响294.4 基体状态对渗硫层的影响305 结论32致 谢33参考文献34附录A：35附录B：391 绪 论1.1 前言能源、信息、材料被认为是21世纪国民经济的三大支柱，其中材料是各行各业的基础，可以说，没有先进的材料，就没有先进的工业、农业和科学技术。目前，材料科学已经延伸到包括电子工程、生物工程、建筑工程、航空航天技术等学科在内的各主要研究领域。其中涌现出了各种各样的新材料，如结构与功能陶瓷，陶瓷基与金属基复合材料，金属间化合物与轻金属、表面改性
11、材料、薄膜材料及生物材料等，与几十年前相比，我们已进入了一个材料多样化的时代了。伴随人类的足迹，材料的发展经历了所谓的石器时代、青铜器时代和铁器时代，其对材料的运用也越发成熟，逐步由最先的农具向工业、航空、纳米材料发展。但在人类生活当中，使用最多的仍是金属材料。目前，金属材料的发展已逐步从纯金属、纯合金中摆脱出来。伴随材料设计、工艺技术及使用性能试验的进步，传统的金属材料得到了迅速发展，新的高性能金属材料不断开发出来。如快速冷凝非晶和微晶材料、高比强和高比模的铝锂合金、有序金属间化合物及机械合金化合金、氧化物弥散强化合金、定向凝固柱晶和单晶合金等高温结构材料、金属基复合材料以及形状记忆合金、钕
12、铁硼永磁合金、贮氢合金等新型功能金属材料，已分别在航空航天、能源、机电等各个领域获得了应用，并产生了巨大的经济效益。随着经济的增长，对材料性能的要求日益苛刻，特别是在新材料、新工艺的研究当中，这对于当前钢铁处理技术是一个很大的挑战。众所周知，磨损一直是困扰材料使用寿命与性能的难题，针对这一问题，不少研究者在表面改性技术这方面有所突破。目前的热处理技术表面改性技术被归纳成所谓“高性能复合化”的概念，也就是说，过去通过对零件进行渗碳淬火、渗氮、高频淬火等硬化处理来提高其强度和耐摩擦，耐磨损性能。可是，根据零件的高性能要求，今后将采用各种硬化处理来提高它的强度，采用形式诸如覆膜、镀膜、渗硫覆膜、Mo
13、S2覆膜、磷酸盐覆膜等各种润滑膜的方法来提高其耐摩擦，磨损性能1。硫化工艺应用于工业生产已有几十年的历史，其在耐摩擦，耐磨损方面具有较为明显的优势。渗硫后材料的摩擦系数和磨损量均有一定减低。在摩擦副双方均有渗硫层时，用30号机油润滑，使灰铸铁的摩擦系数降至青铜的67%，球铁是青铜的56%，45钢是铜合金的33%。同样，在中等载荷下（P=1.5MPa）渗硫45钢的耐磨性是铜合金的204倍，且45钢经过摩擦试验后，表面粗糙度明显改善。调质45钢渗硫后滚动摩擦系数减低了14%-42%。在粗糙度相同情况下，车削加工后渗硫比磨削加工后渗硫减磨效果好，硬度越高，摩擦系数越小。在低载荷下的微动摩擦性能，离子
14、渗硫层与磁控溅射MoS2涂层均具有良好的减磨性能。45钢渗硫件的抗咬合能力比未渗硫零件提高27倍，渗硫灰铁与渗硫45钢淬火件组成摩擦副的磨损率为铝青铜与45钢淬火件组成的摩擦副的1/15。渗硫已经应用在球轴承、轧机轴承、柱塞偶件、滑动轴承、切削刀具、模具、轧钢机轧辊、齿轮、青铜件等多方面。1.2 化学热处理表面热处理是对工件表面进行强化的金属热处理工艺。它不改变零件心部的组织和性能。广泛用于既要求表层具有高的耐磨性、抗疲劳强度和较大的冲击载荷，又要求整体具有良好的塑性和韧性的零件，如曲轴、凸轮轴、传动齿轮等。表面热处理可分为表面淬火和化学热处理两大类，其中化学热处理的应用引起了众多研究者的关注
15、。化学热处理是通过改变金属和合金工件表层的化学成分、组织和性能的金属热处理。化学热处理的工艺过程一般是：将工件置于含有特定介质的容器中，加热到适当温度后保温，使容器中的介质(渗剂)分解或电离，产生的能渗入元素的活性原子或离子，在保温过程中不断地被工件表面吸附，并向工件内部扩散渗入，以改变工件表层的化学成分。通常，在工件表层获得高硬度、耐磨损和高强度的同时，心部仍保持良好的韧性，使被处理工件具有抗冲击载荷的能力。根据渗入元素的不同 ，化学热处理可分为渗碳 、渗氮、渗硼、渗硅、渗硫、渗铝、渗铬、渗锌、碳氮共渗、铝铬共渗等。随着化学热处理理论和工艺的逐步完善，自二十世纪初开始，化学热处理已在工业中得到广泛应用。随着机械制造和军事工业的迅速发展，对产品的各种性能指标也提出了越来越高的要求。除渗碳外，又研究和完善了渗氮、碳氮和氮碳共渗、渗铝、渗铬、渗硼、渗硫、硫氮和硫氮碳共渗，以及其他多元共渗工艺。 1.3 渗硫技术的产生及其工艺特点1.3.1 渗硫技术的产生 渗硫的发展是同现代润滑理论上一些新发现分不开的。根据这个理论：在高速切削时，摩擦生
