تاثير تركيب گاز در عمليات نيتراسيون پلاسمايي بر مقاومت به خوردگي فولاد زنگ نزن آستنيتي 304 نيتريده شده

Effect of Plasma Gas Composition on the Corrosion Resistance of Nitrided 304 Austenitic Stainless Steel

در اين مقاله تاثير مقدار نيتروژن محتوي در تركيب گاز پلاسما روي مقاومت به خوردگي فولاد زنگ نزن آستنيتي 304 نيتريده شده مورد مطالعه قرار گرفته است. فرايند نيتروژن دهي در دماهاي C?450 و C?500 با استفاده از تجهيزات نيتراسيون پلاسمايي جريان مستقيم (DC) در مخلوط گازي H2-N2 حاوي 25%، 50% و 75% نيتروژن انجام گرفت. تركيب فازي، ضخامت لايه نيتريدي و سختي سطحي نمونه ها به ترتيب با استفاده از آناليز هاي پراش اشعه X ، بررسي هاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و آزمون هاي ريزسختي سنجي تعيين گرديد. مقاومت به خوردگي نمونه ها با انجام آزمون هاي پلاريزاسيون پتانسيوديناميك در محلول NaCl 5/3% با استفاده از يك سلول سه الكترودي استاندارد مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه با افزايش دما و غلظت نيتروژن در تركيب گاز پلاسما، ضخامت و سختي لايه هاي نيتريدي افزايش پيدا مي كند. نيتراسيون در دماي C?500 و در غلظت هاي 50% و 75% نيتروژن در دماي C?450 منجر به تشكيل رسوبات نيتريد كروم علاوه بر آستنيت انبساط يافته شده و منجر به كاهش مقاومت به خوردگي فولاد زنگ نزن آستنيتي 304 مي شود. نيتريده كردن فولاد زنگ نزن 304 در دماي C?450 تنها در غلظت هاي كم نيتروژن (25% ) منجر به افزايش مقاومت به خوردگي مي شود. تغييرات سختي و رفتار خوردگي نمونه هاي نيتريده-شده بر اساس ميزان نيتروژن و فاز هاي تشكيل شده در ساختار لايه نيتريدي مورد بحث و تجزيه وتحليل قرار گرفت.

In this paper, the influence of nitrogen content in the plasma gas on the corrosion resistance of austenitic stainless steel (304) was studied. Plasma nitriding was performed using a direct current (DC) glow discharge reactor at temperatures of 450?C and 500?C using H2-N2 gas mixtures containing different nitrogen concentrations of 25%, 50% and 75%. Phase composition, nitrided case depth and surface hardness of nitride layer were determined using X-ray diffraction analysis, Scanning Electron Microscope (SEM) observations and microhardness measurements respectively. Corrosion resistance of samples was evaluated by performing potentiodynamic polarization tests which were carried out in 3.5% NaCl solution using a standard three-electrode cell. The results showed that with increasing process temperature and nitrogen concentration in the plasma gas, thickness and hardness of nitrided layers is increased. Plasma nitriding at 500?C and nitrogen concentrations of 50% and 75% at 450?C leads to the formation of chromium nitride precipitates besides the expanded austenite and therefore reduction of corrosion resistance. Plasma nitriding of the 304 stainless steel at 450?C will lead to increased corrosion resistance only using low concentrations of nitrogen (25%) in the plasma gas. Variations in hardness and corrosion resistance of the nitrided samples were discussed based on the nitrogen content and phase composition of the nitride layers.