第十四届全国表面工程大会

本文采用等离子体基低能离子注入技术对17-4 PH马氏体不锈钢进行280-480℃低温渗氮处理，形成了厚度15-25 μm、表面N浓度7-9 wt.%、表面硬度HV_{0.25 N} 12.46-15.53 GPa的渗氮层。通过X射线衍射（XRD）分析，证实280℃不锈钢渗氮层由γ′-Fe₄N、α′_N和HCP-ε_N组成，330℃-480℃不锈钢渗氮层析出CrN相。采用高分辨透射电镜（HRTEM）观察280℃低温等离子体渗氮层微观形貌和各相位向关系，证实渗氮层仍保留原马氏体形貌，γ′-Fe₄N呈纳米尺度分布，晶粒尺寸3-5 nm，并与α′_N保持位向关系。基于分子动力学（MD）模拟奥氏体相变过程，验证了奥氏体的纳米尺度分布以及与母相位向关系和HRTEM实验结果一致，确定了以局部切变为主要方式的相变路径，并提出了依赖塑性变形匹配的相变诱发纳米化机制。N注入诱发晶格膨胀产生高内应力，为匹配塑性变形，应力释放导致马氏体碎化，局部切变成奥氏体，未沿原马氏体相变路径逆切变回奥氏体。Cr对N的强捕获作用致使高剂量N注入到不锈钢内部诱发奥氏体纳米化同时也降低不锈钢层错能，为释放高内应力形成与纳米级奥氏体呈特定位向关系的HCP-ε_N层错。相变诱发纳米化机制的提出丰富了马氏体不锈钢低温渗氮过程中马氏体→奥氏体转变机制，17-4 PH马氏体不锈钢低温等离子体渗氮诱发纳米化技术也为开发制备新型纳米结构材料技术提供新的手段。

等离子体基低能离子注入技术；17-4 PH马氏体不锈钢；γ′-Fe4N；HCP-εN；纳米化