40Cr钢的等离子电解渗入碳氮工艺研究(5)
1.3.2主要研究内容
本课题主要研究液相等离子体电解渗入处理各主要工艺参数对试样渗层的影响。研究电解液体系的稳定放电性，深入探索电解液配比，处理电压，处理时间等工艺参数变化时渗层厚度，形貌，物相的变化情况。
1）电解液的确定。电解液系统由氯化钾，去离子水，四硼酸钠和有机溶液组成。
需要在实验中探索导电盐对整个电解液稳定性以及对渗层硬度，厚度，形貌等的影响。
2）实验电压的确定。电压是影响渗层厚度的主要因素，电压与电解液电导率、试样的性质等有关，将通过试验确定特定实验条件下的最优电参数。
3）分析不同工艺下的生成新相层厚度，表面显微硬度及截面显微硬度的分布。
2.实验方法
2.1实验装置及实验研究材料
2.1.1实验装置
图2.1实验装置示意图
本实验所用的实验装置如图2.1所示。具体包括：1.直流稳压电源，最大限压250V，最大限流5A。2.冷却系统，为了保证电解液能在较低的温度下分解，用水盆装水冷却烧杯。3.阳极，本实验使用石墨板作为阳极，阴极使用带有夹头的导线连接，使用夹头将试样悬挂部分侵入液体中。4.电解液：甲酰胺+水+KCL+四硼酸钠。电解液由三部分组成，有机溶剂是提供渗氮和渗碳所需的碳氮原子，氯化钾提供溶液的导电性，水是用于溶解氯化钾。
2.1.2实验材料
实验所用的材料是40Cr，尺寸为20 mm×3mm×2mm。除Fe外其它成分如下表：
表2.1实验材料的化学成分 (wt%)
C Si Mn Cr Ni P S Fe
0.39 0.29 0.66 0.97 0.04 0.018 0.007 余量
40Cr原始材料为退火态，铁素体和珠光体两相组织。将原材料进行调质处理，试样前处理工艺流程比较简单：用280#、320#、400#、600#砂纸逐级打磨，具体流程为：试样打磨→丙酮清洗→烘干→共渗处理→水洗→酒精清洗→吹干。
2.2实验步骤
（1）将待处理试样在砂纸上打磨至光亮，并用酒精清洗，待用。
（2）根据实验思路配置电解液，注意去离子水，氯化钾，四硼酸钠所占溶液比例之和为溶液的5﹪～10﹪，保证提供足够的碳原子，氮原子，硼原子，使渗入效果更好。配置好溶液后用电磁搅拌器搅拌，使溶液均匀。
（3）按规定安装好实验装置，试样用夹子夹持作为阴极，尽量使阴阳极平行相对。
（4）打开电源开关，转动电压和电流旋钮，逐渐升高电压至试样表面产生辉光，然后调节电压旋钮，是电压处于实验设定的电压值，记录开始时刻。
（5）实验进行过程之中电流略有下降，这时需要补充适量的电解液，保持电流不变。
(6）实验结束后，将电压和电流旋钮逆时针旋转调节至零，然后关闭电源。
2.3实验工艺参数
本课题采用的具体工艺及样品编号列于表2.1中。
表2.2实验工艺参数表
编号 电解液配方 处理电压（V） 处理时间(min)
1 甲酰胺180ml，水20ml，氯化钾8g 150 20
2 甲酰胺180ml，水20ml，氯化钾10g 150 30
3 甲酰胺150ml，水20ml，四硼酸钠3g，氯化钾8g 147 20
4 甲酰胺150ml，水20ml，四硼酸钠2g，氯化钾8g 145 10
5 甲酰胺180ml，水20ml，四硼酸钠3g，氯化钾8g 160 20