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针对抽油泵泵筒同时承受磨损和油气水腐蚀交互作用的现场服役环境,本文提出激光相变硬化.离子渗氮.渗硫复合改性工艺改善其耐磨耐蚀自润滑综合性能。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射及电子探针等分析手段对复合改性层的表面形貌、相组成、截面组织结构进行分析;利用纳米压痕仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机、电化学测试系统对化合物层纳米硬度及复合改性层截面显微硬度分布、摩擦学性能、耐蚀性进行测试,研究激光相变硬化处理对离子渗氮/渗硫的影响规律并讨论其作用机理。
35CrMoA钢激光相变硬化-离子渗氮.渗硫复合改性层表面由许多含有FeS和FeS2的硫化物颗粒和含含ζ-Fe2N、ε-Fe3N、γ-Fe4N和Cr2N等相的氮化物颗粒相互叠嵌沉积而成。其截面硫化物层厚度2μm～4μm,氮化物层厚度6μm～10μm,复合改性层深0.28 mm。
激光相变硬化-离子渗氮-渗硫复合改性层表层较软,次表层较硬,是理想的摩擦学表面。干摩擦条件下,复合改性层与淬火态45＃钢对磨时,摩擦系数为0.72,与基体和渗硫前相比有所降低;复合改性层及其对磨件磨损失重均有大幅降低,分别是基体的1/36和1/24,是渗硫前的1/11和1/9。
复合改性层的自腐蚀电位Ecorr为-606 mV,比基体和渗硫前低,自腐蚀电流密度icon为14.935μA/cm2,比渗硫前高,比基体低。说明基体经过激光相变硬化-离子渗氮处理大大减小了35CrMoA钢的腐蚀倾向,经离子渗硫处理后腐蚀倾向又有所增大,但从自腐蚀电流密度的大小可知,激光相变硬化-离子渗氮-渗硫处理降低了基体的腐蚀速度。
激光相变硬化细化了组织晶粒,激光相变硬化处理后单位体积内晶粒数增加到约原来的216倍。晶界、位错等晶体缺陷密度的增大,增加了原子扩散通道,起到了催渗作用,提高了渗层致密性和渗层厚度。