1. IntroductionChromium nitride coa

1. Introduction
Chromium nitride coatings in the form of either CrN or Cr2N or a combination of both have been applied to surfaces of different grades of steels, usually to increase their surface hardness and hence tribological performance [1], [2], [3], [4], [5], [6] and [7]. More recently, they have also been investigated for use as corrosion resistant coatings on metal alloy bipolar plates in proton exchange membrane fuel cells where the coating must also have low interfacial electrical contact resistance [8], [9], [10] and [11]. The processes used most often for depositing this type of coatings are physical vapour deposition processes such as magnetron sputtering [1], [2], [3], [4] and [5] and cathodic arc deposition [6] and [7]. High quality coatings free of defects such as voids can be deposited using these methods. But these techniques require capital intensive facilities and, in addition, they all have line-of-sight restrictions. On the other hand, nitriding is a thermochemical surface treatment technique that has no such limitations and as such it has also been investigated for forming chromium nitride coatings on metal surfaces. But, in the case of steels, nitriding process cannot be used alone because the Cr concentration in nearly all commercial steels, including various grades of high Cr stainless steels, is not high enough to enable the formation of an external chromium nitride layer at high nitriding temperatures. To obtain an external chromium nitride layer on steel surfaces, nitriding process has to be used in combination with other processes such as Cr-plating or chromising, i.e., the Cr concentration in the steels' surface has to be raised first by the application of one of these processes before nitriding process can be applied [12], [13], [14], [15] and [16]. Only in the case of special alloys that contain sufficiently high Cr concentration such as Ni-50Cr, can an external chromium nitride surface layer be formed via selective nitridation [8], [17] and [18]. But, even for Ni-50Cr alloy, only a thin chromium nitride layer can be obtained with a non-uniform thickness varying from a minimum of approximately 1 μm to a maximum of roughly 5 μm, although such a thin chromium nitride layer was found to be sufficient to provide the required corrosion resistance in corrosive environments in proton exchange membrane fuel cells [19].

Although the process of combining nitriding with prior Cr-plating or chromising as described above is technically feasible for forming a chromium nitride coating on steel surface, such a two step process may be suitable only for applications where cost is of less concern; a single step process would be highly desirable. Pack cementation could offer such a possibility as it is a process by which more than one element may be simultaneously diffused into metal surfaces to form diffusion coatings [20], [21], [22] and [23]. In a previous study, the feasibility of nitriding the surface of austenitic stainless steels in un-activated packs was demonstrated [24], and in a subsequent study, it was further demonstrated that, with activated packs, the process can be applied to form a Cr2N top layer coating with a Cr-enriched layer underneath on the surface of austenitic stainless steel [25]. In the present study, the viability of the same process for forming chromium nitride coatings on carbon steels will be investigated, and the effects of processing conditions and carbon content in steel substrates on the microstructure of the coatings produced will be delineated.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

1. บทนำChromium nitride coatings in the form of either CrN or Cr2N or a combination of both have been applied to surfaces of different grades of steels, usually to increase their surface hardness and hence tribological performance [1], [2], [3], [4], [5], [6] and [7]. More recently, they have also been investigated for use as corrosion resistant coatings on metal alloy bipolar plates in proton exchange membrane fuel cells where the coating must also have low interfacial electrical contact resistance [8], [9], [10] and [11]. The processes used most often for depositing this type of coatings are physical vapour deposition processes such as magnetron sputtering [1], [2], [3], [4] and [5] and cathodic arc deposition [6] and [7]. High quality coatings free of defects such as voids can be deposited using these methods. But these techniques require capital intensive facilities and, in addition, they all have line-of-sight restrictions. On the other hand, nitriding is a thermochemical surface treatment technique that has no such limitations and as such it has also been investigated for forming chromium nitride coatings on metal surfaces. But, in the case of steels, nitriding process cannot be used alone because the Cr concentration in nearly all commercial steels, including various grades of high Cr stainless steels, is not high enough to enable the formation of an external chromium nitride layer at high nitriding temperatures. To obtain an external chromium nitride layer on steel surfaces, nitriding process has to be used in combination with other processes such as Cr-plating or chromising, i.e., the Cr concentration in the steels' surface has to be raised first by the application of one of these processes before nitriding process can be applied [12], [13], [14], [15] and [16]. Only in the case of special alloys that contain sufficiently high Cr concentration such as Ni-50Cr, can an external chromium nitride surface layer be formed via selective nitridation [8], [17] and [18]. But, even for Ni-50Cr alloy, only a thin chromium nitride layer can be obtained with a non-uniform thickness varying from a minimum of approximately 1 μm to a maximum of roughly 5 μm, although such a thin chromium nitride layer was found to be sufficient to provide the required corrosion resistance in corrosive environments in proton exchange membrane fuel cells [19].แม้ว่ากระบวนการรวม nitriding ก่อนชุบ Cr หรือ chromising ตามที่อธิบายไว้ข้างต้นเป็นไปได้ทางเทคนิคสำหรับการขึ้นรูปการเคลือบโครเมียมไนไตรน์บนพื้นผิวเหล็ก กระบวนการสองขั้นตอนดังกล่าวอาจเหมาะสมสำหรับการใช้งานซึ่งต้นทุนมีความกังวลน้อย กระบวนการขั้นตอนเดียวจะต้อง ชุด cementation อาจเสนอดังกล่าวไปได้มันเป็นกระบวนการโดย องค์ประกอบที่มากกว่าหนึ่งอาจกระจายไปพร้อมกันเป็นโลหะพื้นฟอร์มกระจายเคลือบ [20], [21], [22] และ [23] ในการศึกษาก่อนหน้านี้ เป็นไปได้ของ nitriding พื้นผิวของเหล็กสแตนเลสเตในชุดยังไม่ได้เปิดใช้งานถูกแสดงให้เห็น [24], และในการศึกษาต่อมา มันก็เพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่า พร้อมแพ็คงาน กระบวนการสามารถใช้เพื่อการเคลือบชั้นบน Cr2N ด้วยชั้นอุดม Cr ใต้บนผิวของสเตนเลส [25] ในการศึกษาปัจจุบัน ศักยภาพของกระบวนการเดียวกันสำหรับขึ้นรูปเคลือบผิวไนไตรด์โครเมียมในเหล็กกล้าคาร์บอนจะถูกตรวจสอบ และจะ delineated ผลกระทบของการประมวลผลเงื่อนไขและปริมาณคาร์บอนในเหล็กพื้นผิวบนโครงสร้างจุลภาคของเคลือบที่ผลิต

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

1. บทนำ
โครเมียมเคลือบไนไตรด์ในรูปแบบของทั้ง CRN หรือ Cr2N หรือการรวมกันของทั้งสองที่ได้รับนำไปใช้กับพื้นผิวที่แตกต่างกันของเกรดของเหล็กมักจะเพื่อเพิ่มความแข็งผิวของพวกเขาและประสิทธิภาพการทำงาน tribological ด้วยเหตุนี้ [1], [2], [3 ], [4] [5] [6] [7] เมื่อเร็ว ๆ นี้พวกเขายังได้รับการตรวจสอบเพื่อใช้เป็นสารเคลือบทนต่อการกัดกร่อนในโลหะผสมแผ่นสองขั้วในเซลล์เชื้อเพลิงแบบเยื่อแผ่นแลกเปลี่ยนโปรตอนที่เคลือบยังต้องมีความต้านทานติดต่อไฟฟ้าต่ำ interfacial [8] [9] [10] และ [11 ] กระบวนการที่ใช้บ่อยที่สุดในการฝากประเภทของสารเคลือบนี้ทางกายภาพกระบวนการสะสมไอเช่น magnetron sputtering [1], [2], [3] [4] และ [5] และการสะสมโค้ง cathodic [6] [7] . สารเคลือบที่มีคุณภาพสูงปราศจากข้อบกพร่องเช่นช่องว่างสามารถฝากโดยใช้วิธีการเหล่านี้ แต่เทคนิคเหล่านี้จำเป็นต้องมีสิ่งอำนวยความสะดวกอย่างเข้มข้นทุนและในนอกจากนี้พวกเขาทั้งหมดมีข้อ จำกัด สายของสายตา บนมืออื่น ๆ , ไนไตรด์เป็นเทคนิคการรักษาพื้นผิวความร้อนที่ไม่มีข้อ จำกัด ดังกล่าวและเป็นเช่นนั้นยังได้รับการตรวจสอบสำหรับการขึ้นรูปเคลือบโครเมียมไนไตรด์บนพื้นผิวโลหะ แต่ในกรณีของเหล็กกระบวนการไนไตรด์ไม่สามารถใช้คนเดียวเพราะความเข้มข้น Cr ในเกือบทุกเหล็กเชิงพาณิชย์รวมทั้งเกรดต่างๆของเหล็กสแตนเลสโครเมียมสูงไม่สูงพอที่จะช่วยให้การก่อตัวของชั้นโครเมียมไนไตรด์ภายนอกที่ไนไตรด์สูง อุณหภูมิ ที่จะได้รับชั้นโครเมียมไนไตรด์ภายนอกบนพื้นผิวเหล็กกระบวนการไนไตรด์จะต้องมีการใช้ร่วมกับกระบวนการอื่น ๆ เช่น Cr-ชุบหรือ chromising คือความเข้มข้น Cr ในพื้นผิวเหล็ก 'จะต้องมีการยกขึ้นเป็นครั้งแรกโดยการประยุกต์ใช้อย่างใดอย่างหนึ่ง กระบวนการเหล่านี้ก่อนที่กระบวนการไนไตรด์สามารถนำมาใช้ [12] [13] [14] [15] และ [16] เฉพาะในกรณีของโลหะผสมพิเศษที่มีความเข้มข้นสูงพอ Cr เช่น Ni-50Cr สามารถชั้นผิวโครเมียมไนไตรด์ภายนอกจะเกิดขึ้นผ่านการคัดเลือกไนไตร [8] [17] และ [18] แต่แม้สำหรับ Ni-50Cr อัลลอยเพียงชั้นโครเมียมไนไตรด์บางสามารถรับกับความหนาไม่สม่ำเสมอที่แตกต่างจากขั้นต่ำประมาณ 1 ไมครอนสูงสุดประมาณ 5 ไมครอนแม้ว่าเช่นชั้นโครเมียมไนไตรด์บาง ๆ ก็จะพบว่า จะเพียงพอที่จะให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่จำเป็นต้องใช้ในสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนในเซลล์เชื้อเพลิงชนิดเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน [19].

แม้ว่ากระบวนการของการรวมไนไตรด์กับก่อน Cr-ชุบหรือ chromising ตามที่อธิบายไว้ข้างต้นเป็นเทคนิคที่เป็นไปได้สำหรับการขึ้นรูปเคลือบโครเมียมไนไตรด์บนพื้นผิวเหล็ก ดังกล่าวเป็นกระบวนการขั้นตอนที่สองอาจจะเหมาะสำหรับการใช้งานที่มีค่าใช้จ่ายเป็นกังวลน้อยลง กระบวนการขั้นตอนเดียวจะเป็นที่น่าพอใจอย่างมาก แพ็คซีเมนต์สามารถเสนอดังกล่าวเป็นไปตามที่มันเป็นกระบวนการที่องค์ประกอบมากกว่าหนึ่งอาจจะกระจายไปพร้อม ๆ กันเข้าไปในพื้นผิวโลหะในรูปแบบการแพร่กระจายสารเคลือบ [20] ที่ [21] [22] และ [23] ในการศึกษาก่อนหน้านี้เป็นไปได้ของไนไตรด์พื้นผิวของเหล็กสแตนเลสเตนในแพ็คยกเลิกการใช้งานที่ถูกแสดงให้เห็น [24] และในการศึกษาต่อมามันก็แสดงให้เห็นต่อไปว่ามีแพ็คเปิดใช้งานกระบวนการที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในรูปแบบ Cr2N เคลือบชั้นบนกับชั้น Cr-อุดมใต้บนพื้นผิวของสแตนเลสสเตม [25] ในการศึกษาครั้งนี้มีชีวิตของกระบวนการเดียวกันสำหรับการขึ้นรูปเคลือบโครเมียมไนไตรด์ในเหล็กกล้าคาร์บอนจะได้รับการตรวจสอบและผลกระทบของสภาพการประมวลผลและปริมาณคาร์บอนในพื้นผิวเหล็กจุลภาคของไม้แปรรูปที่ผลิตจะถูกเบี่ยง