434 / 2022-10-15 12:14:36

FeCrNi奥氏体合金低温渗氮改性层相结构研究

奥氏体不锈钢，低温渗氮，微结构，有序无序，反相畴

采用等离子体基低能离子注入，在380℃低温条件下改性三组分别固定Fe，Cr，Ni，改变其他两种元素的奥氏体合金以及AISI 304L奥氏体不锈钢。基于系列合金渗氮层微结构的同构性演变，证实低温氮渗氮改性层具有双层结构，外层为类γ'-Fe₄N有序的γ'_N相，内层为氮无序面心立方γ_N相。并以此为实验基础，建立了基于Cr-N，Fe-N相互作用的原子结构模型，给出氮膨胀奥氏体相不同氮浓度条件下的原子占位结果。模型很好的解释了已有研究中氮膨胀奥氏体相氮浓度，EXAFS、穆斯堡尔谱等多种独立研究结果。进一步基于透射电镜对反相畴结构随Cr和N浓度演变的观察，证实了氮有序γ'_N相反相畴的形核-生长-粗化机制。用元胞自动机模型完整的模拟了有序化转变过程以及反相畴形成长大过程。揭示了反相畴界对饱和氮浓度上限的影响机制。通过对模拟结果的三维傅里叶变换，证实了反相畴界和Cr-N短程有序对超结构衍射结果宽化和减弱的影响。该研究完整的揭示了氮膨胀奥氏体从微米到原子尺度的结构，为氮改性奥氏体不锈钢进一步发展提供重要的理论支撑。