Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제32권2호
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pp.262-267
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2008
Plasma immersion ion beam (PIIB) nitriding process is an environmentally benign and cost-effective process, and offers the potential of producing high dose of nitrogen ions in a way of simple, fast and economic technique for the high plasma flux treatment of large surface area with nitrogen ion source gas. In this report PIIB nitriding technique was used for nitriding on austenite stainless steel of AISI304 with plasma treatment at $250{\sim}500^{\circ}C$ for 4 hours, and with the working gas pressure of $2.67{\times}10^{-1}$ Pa in vacuum condition. This PIIB process might prove the advantage of the low energy high flux of ion bombardment and enhance the tribological or mechanical properties of austenite stainless steel by nitriding, Furthermore, PIIB showed a useful surface modification technique for the nitriding an irregularly shaped three dimensional workpiece of austenite stainless steel and for the improvement of surface properties of AISI 304, such as hardness and strength
In order to improve corrosion resistance for cast stainless steel in seawater, the characteristics of corrosion resistance after plasma ion nitriding was investigated. Plasma ion nitriding process was conducted in a mixture of nitrogen of 25% and hydrogen of 75% at substrate temperature ranging from 350 to $500^{\circ}C$ for 10 hours using pulsed-DC glow discharge plasma with working pressure of 250 Pa in vacuum condition. Corrosion tests were carried out for as-received and plasma ion nitrided specimens. The corrosion characteristics were investigated by measurement of weight loss and observation of surface morphology. In anodic polarization experiment, relatively less damage depth and weight loss were presented at a nitrided temperature of $400^{\circ}C$, attributing to the formation of S-phase.
The effect of micro-pulse plasma nitriding temperature and time on the case thickness, hardness and nitride formation in the surface of Fe-12Cr-22Mn-X alloy with 3% Co and 1% Ti alloys elements investigated. External compound layer and internal diffusion layer was constituted in plasma nitride case of Fe-12Cr-22Mn-X alloys and formed nitride phase such as ${\gamma}'-Fe4N\;and\;{\varepsilon}-Fe2-3N$. Case depth increased with increasing the plasma nitriding temperature and time. Surface hardness of nitrided Fe-12Cr-22Mn-X alloys obtained the above value of Hv 1,600 and case depth obtained the above value of $45{\mu}m$ in Fe-12Cr-22Mn-3Co alloy and $60{\mu}m$ in Fe-12Cr-22Mn-1Ti alloy. Wear-resistance increased with increasing plasma nitriding time and showing the higher value in Fe-12Cr-22Mn-1Ti alloy than Fe-12Cr-22Mn-3Co alloy.
In this study, the effects of nitriding methods and times on the fatigue strength of SACM 645 steel were investigated. The rotary bending tests were carried out to obtain and compare the fatigue strengths of plasma ion nitrided specimens and gas nitride specimen. The 70 hr. gas nitrided specimen had the highest fatigue strength of 1.05$\times$$10^3$ MPa over the 40 hr., 70 hr. and 90 hr. plasma ion nitrided specimens, which had the fatigue strength of 3.48$\times$$10^2$, 4.57$\times$$10^2$ and 4.64$\times$$10^2$ respectively. Also, the microhardness tests were conducted to measure the effective case depths. The plasma ion nitrided specimens showed much higher surface hardness values than the gas nitrided specimen overall.
The aim of this paper is to investigate the characteristics of electrochemical corrosion with the plasma ion nitriding temperature for 16Cr-10Ni-2Mo stainless steel. The corrosion behavior was analyzed by means of galvanostatic experiment in natural seawater that applied various current density with plasma ion nitriding temperature parameters. In result of galvanostatic experiment, relatively less surface damage morphology and the less damage depth was observed at a nitrided temperature of $450^{\circ}C$ that measured the thickest nitrided layer(S-phase). On the other hand, the most damage depth and unified corrosion behavior presented at a temperature of $500^{\circ}C$.
New post plasma nitriding can achieve a high uniformity that have been difficult in DC nitriding and have a high productivity comparable to gas nitriding. However, it has not a enough high nitriding potential for a rapid nitriding, because surface activation or ion etching in the general plasma nitriding cannot be expected. Thus, in this study, the effects of pre-treatments with oxidation and reduction gas have been investigated to improve the nitriding kinetics of post plasma nitriding. An effective pre-treatment consisting of oxidation and reduction resulted in the increase of surface energy of STD 11. This induced the surface hardness and the effective nitriding depth of STD 11. It is thought that the increase of the surface energy and the surface area with pre-treatment promote the nucleation of nitriding layer.
Scuffing and severe wear of the highly stressed sliding components have been very critical problems in the development of a rotary compressor. In order to improve durability and reliability of the compressor, plasma ion-nitriding was applied on the shaft and the vane surface. The effects of different treatment conditions on the mechanical and tribological properties of the ion-nitrided surfaces were investigated. Ion-nitrided surfaces showed better tribological performances than untreated surfaces. The best wear performance was observed when the shaft was nitrided in the condition of 450$\circ$C, 7 hours, $N_2:H_2=1:4$ gas mixture by forming a ductile nitrided layer which has $\gamma'$ phase microstructure. As nitrogen gas pressure increased, $\varepsilon$ phase layer was formed. This hard phase layer was observed to be more beneficial for the vane in reducing friction and wear.
This study has been performed on the full density sintering of Fe nanopowder and the surface hardening by plasma ion nitriding. The Fe sintered part was fabricated by pressureless sintering of the Fe nanopowder at $700^{\circ}C$ in which the nanopowder agglomerates were controlled to have 0.5-5 ${\mu}m$ sized agglomerates with 150 nm Fe nanopowders. The green compact with 46% theoretical density(T.D.) showed a homogeneous microstructure with fine pores below 1 ${\mu}m$. After sintering, the powder compact underwent full densification process with above 98%T.D. and uniform nanoscale microstructure. This enhanced sintering is thought to be basically due to the homogeneous microstructure in the green compact in which the large pores are removed by wet-milling. Plasma ion nitriding of the sintered part resulted in the formation of ${\gamma}$'-$Fe_4N$ equilibrium phase with about 12 ${\mu}m$ thickness, leading to the surface hardening of the sintered Fe part. The surface hardness was remarkably increased from 176 $H_v$ for the matrix to 365 $H_v$.
Chromium-Molybdenum steel was plasma-nitrided at 823 K for 10.8 ks in an atmosphere of 30% $N_2$-70% $H_2$ gas under 665 Pa without and with a subsidiary cathode of $MoS_2$ to compare ion-nitriding and plasma-sulfnitriding using subsidiary cathode. When the steel was ion-nitrided without $MoS_2$, iron nitride layer of 4$\mu\textrm{m}$ and nitrogen diffusion layer of 400mm were formed on the steel. A compound layer of 15$\mu\textrm{m}$ and nitrogen diffusion layer of 400$\mu\textrm{m}$ were formed on the surface of the steel plasma-sulfnitrided with subsidiary cathode of $MoS_2$. The compound layer consisted of FeS containing Mo and iron nitrides. The nitrides of $\varepsilon$-$Fe_2$, $_3N$ and $\gamma$-$Fe_4N$ formed under the FeS. The thicker compound layer was formed by plasma-sulfnitriding than ion-nitriding. In plasma-sulfnitriding, the surface hardness was about 730 Hv. The surface hardness of the steel plasma-sulfnitrided with $MoS_2$ was lower than that of ion-nitrided without $MoS_2$. This may be due to the soft FeS layer formed on the surface of the plasma-sulfnitrided steel.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제22권5호
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pp.702-711
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1998
The characteristics of corrosion resistance for the surface of medium high carbon steels and low alloy steels utilizing as manufacturing the machinery structures and machining tools and treating by plasma/ion nitriding process have been studied in terms of electrochemical polarization behav-iors including corrosion potential(Ecorr) anodic polarization trends and polarization resistance(Rp) The seven base materials showed a clear passivation behavior for the polarization tests in the ASTM standard solution 1N ${H_2){SO_4}$ Although the treated surface by plasma nitriding for the seven test materials showed a significant increase in hardness the treatment gave a detri-mental effect in corrosion resistance. The various characteristics including corrosion potential polarization curves microstructures corrosion current polarization resistance among non-treat-ed nitriding and/or soft-nitriding treated specimens have been investigated and some of the mechanisms discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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