气体渗氮作为一种常用的金属材料表面强化方法之一,可显著提高表面耐磨耐蚀性能。随着智能制造和精密制造的快速发展,对零件的耐磨性和耐蚀性要求越来越高,传统气体渗氮急需进行技术革新。通过气体催化渗氮和氮化后氧化处理,能进一步提高表面性能,延长零件的服役寿命和精密保持性。因此,本课题在实际生产中具有重要的理论研究意义和工程应用价值。本文通过对AISI304不锈钢和12Cr1MoV钢的气体催化渗氮实验,研究其对渗氮层性能的影响;通过DT4C纯铁和FN04Mo粉末冶金的氮化后氧化实验,研究氮化后氧化机理。利用光学显微镜(OM)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)表征分析了微观组织;运用X-Ray衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)对样品物相、成分及元素进行分析;通过显微硬度计、纳米压痕仪对样品表面力学性能进行评价;使用盐雾试验箱、电化学工作站和多功能摩擦磨损试验机、三维形貌仪对样品耐蚀性和耐磨性进行评价。研究结果表明:(1)采用气体催化渗氮方法,AISI304不锈钢渗氮层深度提高12.7μm,表面硬度提高约100.0 HV0.05,扩散层氮浓度提高近1倍;12Cr1MoV提高强度的同时保持较好韧性。(2)催化剂中活性成分在渗氮气氛中与钝化膜反应生成复合氧化物小颗粒,破坏原有均匀致密的结构,起到破除钝化膜效果。(3)AISI 304不锈钢在530℃催渗后氮化层氮浓度增加,加速铬氮化合物析出和局部贫铬现象,生成较基体电极电位低的化合物层,耐蚀性降低。(4)氧化层的生成可能通过两种方式进行:一种是化合物层中的氮化物先分解成Fe再与氧反应生成氧化物;另一种是气氛中氧直接与氮化物反应生成氧化物。后氧化温度过高和时间过长会加剧氮化物分解,导致氧化膜分层并且疏松,同时增加Fe2O3占比。(5)FN04Mo经氮化后氧化处理后,表面呈军黑色,表面纳米压痕硬度达到7.78GPa,心部硬度419.7HV0.2,盐雾试验可以达到264h无锈蚀。(6)氮化后氧化可以提高耐蚀性和耐磨性,温度升高和时间增加会降低耐蚀性和耐磨性。