奥氏体不锈钢的性能优化

奥氏体不锈钢广泛应用在很多领域，但缺陷是该材料的耐磨能力较差、抗疲劳性能低，这在很大程度上削减了该材料部件的应用寿命。

经实验表明，对奥氏体不锈钢表面进行高氮处理后，不但会提高该材料的表面强度、硬度与耐磨性能，还会继续保持其固溶处理的组织与性能。具体操作是对奥氏体不锈钢进行高温渗氮后淬火，即在1050～1150℃的真空炉中使氮溶解在不锈钢工件的表层，再迅速冷却下来，使氮化物来不及析出，就能在不锈钢工件表面生成含氮固溶强化的奥氏体渗氮层。

奥氏体不锈钢

由于这种渗氮层的晶格参数不同于γ相，因此叫做“S相”。在S相中，氮原子固溶进奥氏体晶格内部，并且还会抑制氮化铬在晶界处的析出，所以在不降低奥氏体不锈钢耐腐蚀性能的前提下，有效增强了奥氏体不锈钢的表面硬度。以此发展出来的不锈钢表面S相改性技术就是不锈钢表面处理技术发展的关键标志。另外数据表明把含碳气体代替氮气引进离子处理的气氛中，也可以得到一层和渗氮层的S相差不多的硬化层。

不过尽管传统的渗氮、渗碳工艺会增强不锈钢材料的表面硬度、耐磨性与疲劳强度，但由于渗氮、渗碳温度较高，会形成氮化物与碳化物的沉淀相，也就削弱了不锈钢材料的耐腐蚀性能。另外因为不锈钢表面形成一层致密的氧化膜，这会阻碍氮、碳原子的渗入扩散。此类原因会限制不锈钢渗氮、渗氮表面处理技术的应用与发展。

相比于传统渗氮、渗碳技术不同，S相渗层技术是一种低温渗氮和渗碳技术。比如低温离子渗氮技术，会把渗氮温度降到450℃之下，渗进的氮元素会生成固溶奥氏体，有效增强奥氏体不锈钢的硬度，另外还会控制渗氮过程中析出铬元素的氮化物，从而保证不锈钢的耐腐蚀性能不会弱化。低温离子渗氮技术，能够取得几十微米的单相含氮膨胀奥氏体相。低温离子渗碳拥有渗层均匀、韧性好、承载性能强、硬度梯度平缓、渗碳效率高等优势。此外经过对不锈钢表面做氟化处理，消除表面的氧化膜，并且在不锈钢表面生成氟化膜，此类氟化膜增强了活性氮的吸附与扩散渗入，能够使不锈钢的渗氮温度降到300℃。

渗氮奥氏体不锈钢能够提供一个比较强的亚表层来支撑干滑动时所形成的氧化膜，较未渗氮试样可以承担更强负荷。渗氮不锈钢的磨损是氧化磨损机制，而未渗氮钢的磨损则是粘着和塑性变形机制。

奥氏体不锈钢经过低温渗氮、渗碳，获得含氮与碳固溶饱和的扩散层，也就是S相渗层，不但增加了不锈钢表面硬度，还增加了不锈钢材料的耐腐蚀性能。例如304不锈钢在400℃、4小时的离子渗氮后，在5.5%NaCl溶液中的腐蚀电位增加了三倍，在3.5%的NaCl溶液中S相耐腐蚀性能够增加75%。低温渗氮增强了不锈钢材料的耐蚀性，所以增加了不锈钢部件的应用周期。