Effects on Structure and Abrasion Resistance of GCr15 Steel by Surface Gas-Phase RE Diffused Permea

0　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｒｅ’ｒｅｍａｎｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｓｃｏ ｎｃｅｒｎｉｎｇａｄｄｉｎｇＲａｒｅＥａｒｔｈｅｌｅｍｅｎｔｓ(ＲＥ)ｉｎｔｏｓｔｅｅ ｌｓ<1>.ＡｐｐｌｙｉｎｇＲＥｔｏｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ,ｅｆｆｏｒ ｔｓｆｏｃｕｓｏｎｍｅｔａｌｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｍｅｔａｌａｌｌｏｙｂｙｌａｓｅ ｒ<2>.Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄａｎｅｗｃｏｍｐｏｕｎｄｔｅｃｈｎｏ ｌｏｇｙｗｈｉｃｈｈａｓｎｏｔｂｅｅｎｒｅｐｏｒｔｅｄ,ｔｈａｔｉｓ,ｔｈｅｓｔｅｅｌ ｓｕｒｆａｃｅｒｅｃｅｉｖｅｓｌａｓｅｒｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔａｆｔ ｅｒｇａｓｐｈａｓｅＲＥｄｉｆｆｕｓｅｄｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ.Ｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏ ｇｙｉｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｉｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕ ｃｔｕｒｅｏｆｓａｍｐｌｅｓｆｕｒｔｈｅｒ,ａｃｔｉｖａｔｉｎｇｔｈｅａｃｔｉｖｅｅｆ ｆｅｃｔｓｏｆＲＥ,ａｓｗｅｌｌｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｇ ｒａｄｉｅｎｔｏｆＲＥｉｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｒｍａｌｐｅｒｍｅ ａｔｉｏｎ.Ａｆｔｅｒｃｏｍｐｏｕｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔ,ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔ ｕｒｅｏｆｓａｍｐｌｅｓｓｕｒｆａｃｅｉｓｍｏｒｅｕｎｉｆｏｒｍａｎｄｃｏｍｐａｒａｔ ｉｖｅｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆｕｎｔｒｅａｔｅｄ.Ｉｎａｌｌｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉ ｖｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｓｕｒｆａｃｅａｒｅｅｎｈａｎｃｅｄ.1　 ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｅｔｈｏｄＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍａｔｅｒｉａｌｉｓ ＧＣｒ15ｓｔｅｅｌｍａｃｈｉｎｅｄｉｎｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｈａｐｅｓｎｅｅｄｅｄ .Ｔｈｅｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｔｅｐｓａｒｅｔｏｐｏｌｉｓｈａｎｄｄｅｇｒｅａｓｅ ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅ.ＴｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆｏｒｇａｓｐｈａｓｅＲＥｄｉｆｆｕｓｅ ｄｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ(ｓｈｏｒｔｆｏｒＤＰ)ｉｓａｓｍａｌｌｓｅｌｆ-ｍａｄｅｃｒｕ ｃｉｂｌｅｆｕｒｎａｃｅｓｐｅｃｉａｌｆｏｒｃａｒｂｏｎｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｐ ｅｒｍｅａｔｉｎｇａｇｅｎｔｉｓＲＥｍｉｘｔｕｒｅａｎｄｔｈｅＤＰｔｉｍｅｉｓ4ｈｒｗ ｉｔｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｔｉｎ860℃±0.5℃.Ｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆｏ ｒｌａｓｅｒｍｅｌｔｉｎｇｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｓＯＰＯｌａｓｅｒｓｙｓｔｅｍ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｂｙＣｏｎｔｉｍｕｍ,ａｎＵ.Ｓ.ｃｏｍｐａｎｙ.Ｔｈｅｓｐｏ ｔａｒｅａｉｓ24.0ｍｍ2ａｎｄｔｈｅｓｃａｎｒａｔｅｉｓ1ｍｍ/ｓｗｉｔｈｐｏｗｅ ｒｄｅｎｓｉｔｙ6.7×106Ｗ/ｃｍ2.Ｏｎｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｓｕｒｆａｃｅ,ＨＶ ｖａｌｕｅｉｓｔｅｓｔｅｄｂｙｈａｒｄｎｅｓｓｔｅｓｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｏｆＨＡＴＡ ＣＨＩ,ａｎｄｔｈｅａｂｒａｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｓｅｘａｍｉｎｅｄｗｉｔｈＭ 200ａｂｒａｓｉｏｎｍｅｔｅｒ.ＳＥＭｉｓａｐｐｌｉｅｄｆｏｒｏｂｓｅｒｖｉｎｇｔｈ ｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｓｕｒｆａｃｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔ ｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ.Ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄｗｉｔｈＸＰＳ,ｅｔｃｈｉｎｇｂｙＡｒｇｏｎｗｉｔｈｔｅｓｔｉｎｇｐａｒ ａｍｅｔｅｒｓｂｅｉｎｇ1.2ｋＶａｎｄ20ｍＡ,ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｓｐｒｏ ｏｆｔｅｓｔｅｄｂｙＣ1ｓ,ｉｎｃｏｎｊｕｎｃｔｉｏｎｗｉｔｈＡｒｇｏｎｃｌｅａｎｉｎ ｇｂｅｆｏｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ.2　ＲｅｓｕｌｔｓａｎｄＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎ2.1　 ＴｈｅＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＭｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓＴｈｅｔｅｓｔｉｎｇｏｆｍ ｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｓｅｃｔｉ ｏｎｉｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｉｎｔｈｒｅｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｒｏｕｐｓ:ｂｌａｎｋｓａ ｍｐｌｅｓ,ｓａｍｐｌｅｓｔｒｅａｔｅｄｂｙＲＥｐｅｒｍｅａｔｉｏｎａｎｄｓａｍｐｌｅ ｓｔｒｅａｔｅｄｂｙｔｈｅｃｏｍｐｏｕｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ.Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｍ ｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｓｓｈｏｗｎｉｎＦｉｇｕｒｅ1.Ａｓ ｃａｎｂｅｅｎｓｅｅｎ,ｔｈｅｖａｌｕｅｏｆｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｏｆｂｌａｎｋｓ ａｍｐｌｅｓ,ｗｈｉｃｈｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｖａｌｕｅｏｆｍａｔｒｉｘ,ｉｓ21 0ＨＶ;ｔｈｅｖａｌｕｅｏｆｓａｍｐｌｅｓｔｒｅａｔｅｄｂｙＲＥｐｅｒｍｅａｔｉｏｎｉ ｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｏ1045ＨＶ,ｗｈｉｃｈｉｓｄｕｅｔｏｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏ ｆＲＥ’ｓｈｅｌｐｉｎｇｏｔｈｅｒｅｌｅｍｅｎｔｓａｃｔｉｖｅｌｙｐｅｒｍｅａｔｅｉｎ ｔｏｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｓａｍｐｌｅｓ,ａｎｄｔｈｅｒｅｆｏｒｅｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅｐｒｏｆｉｌｅｏｆｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ.Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ,ｔｈｅｖ ａｌｕｅｏｆｔｈｏｓｅｔｒｅａｔｅｄｂｙｔｈｅｃｏｍｐｏｕｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｉ ｓｅｓｍｏｒｅａｎｄｔｈｅｐｅａｋｉｓ1450ＨＶ.Ｔｈｅｃｕｒｖｅｃａｎｏｂｖｉｏｕ ｓｌｙｂｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｈｒｅｅｚｏｎｅｓ:ｍｅｌｔｅｄｚｏｎｅ,ｔｈｅｒｍ ａｌｉｎｆｌｕｅｎｃｅｚｏｎｅａｎｄｍａｔｒｉｘｚｏｎｅ.Ｔｈｅｓｈａｒｐｉｎｃｒｅａ ｓｅｏｆｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｉｓｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｂｏｔｈｒａｐｉｄｍｅｌ ｔｉｎｇｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｌａｓｅｒａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆＲＥａｓ ａｃｔｉｖｅｅｌｅｍｅｎｔｓ.Ｉｎｖｅｒｙｓｈｏｒｔｔｉｍｅ,ｔｈｅｐｏｗｅｒｆｕｌｌ ａｓｅｒｃａｎｃｒｅａｔｅｍｅｌｔｅｄｐｏｏｌｓｉｎｔｈｅｓｔｅｅｌｓｕｒｆａｃｅｔｏ ｓｏｍｅｃｅｒｔａｉｎｄｅｐｔｈ,ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｎｕｃｌｅｕｓｅｓ ａｒｅｆｒｏｚｅｎａｔｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇｓｔａｇｅｆｏｒｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎ ｓｉｖｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｅｎｓｉｏｎ,ｔｈｅｇｔａｃｉｔｉｇｓｏｆｔｈｅｏｖｅｒａ ｌｌｍａｔｅｒｉａｌｓ,ｔｈｅｓｔｉｒｃａｕｓｅｄｂｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｇｒａ ｄｉｅｎｔｏｆａｃｔｉｖｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｓｕｒｆａｃｅ,ｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｅｎｅｒｇｙｄｕｅｔｏＲＥｎｅｃｅｓｓａｒｉｌｙｎｅｅｄｅｄｆｏｒｃｒｙｓｔａｌｍｕｃ ｌｅｕｓｅｓｔｏｆｏｒｍｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｓｉｚｅｗｉｔｈｔｅｎｓｉｏｎｄｅｃｒｅ ａｓｉｎｇ,ａｎｄｔｈｅｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙｍｕｌｔｉｐｌｉｅｄｎｕｍｂｅｒｏｆｃ ｒｙｓｔａｌｎｕｃｌｅｕｓｅｓ.Ａｌｌｔｈｅｓｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｔｏｔｈｅｆａｃｔ ｓｔｈａｔｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｆｉｎｅａｎｄｕｎｉｆｏｒｍ,ｓｏ ｔｈｅｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄ.Ｆｉｇ.1　Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆ ＧＣｒ15ｓｔｅｅｌｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ22　Ａｂｒａｓ ｉｏｎＴｅｓｔｉｎｇＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｂｒａｓｉｏｎｔｅｓｔｉｎｇｏｎｔｈｒｅ ｅｇｒｏｕｐｓｏｆｓａｍｐｌｅｓａｒｅｇｉｖｅｎｉｎＴａｂｌｅ1ａｎｄＦｉｇ.2.Ｔｈ ｅｄａｔａｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｂｒａｓｉｏｎｏｆｂｌａｎｋｓａｍｐｌｅｓｉｓｈｕｇ ｅ;ａｆｔｅｒＲＥｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ,ｔｈｅｗｅｉｇｈｔｌｏｓｓｆｏｒａｂｒａｓｉｏ ｎｈａｓｂｅｅｎｒｅｄｕｃｅｄｔｏ22%ｏｆｂｌａｎｋｓａｍｐｌｅｓａｎｄｔｏ14%ｏ ｆｂｌａｎｋｏｎｅｓｗｉｔｈｌａｓｅｒ2ｔｒｅａｔｍｅｎｔａｆｔｅｒｗａｒｄｓ.Ｔａｂ 1　ＡｂｒａｓｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｒｅｅｇｒｏｕｐｓｏｆｓａｍｐｌｅｓＴｒｅａ ｔｍｅｔｈｏｄＩｎｉｔｉａｌｗｅｉｇｈｔ/ｍｇＳｅｃｏｎｄａｒｙｗｅｉｇｈｔ/ｍｇＷｅ ｉｇｈｔｌｏｓｓｆｏｒａｂｒａｓｉｏｎ/ｍｇＢｌａｎｋ4.92214.91586.3Ｒ Ｅｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ4.95024.88521.4Ｃｏｍｐｏｕｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔ 4.95024.94930.9Ｆｉｇ.2　Ｗｅｉｇｈｔｌｏｓｓｃｏｌｕｍｎｆｉｇｕｒｅ ｏｆｔｈｒｅｅｇｒｏｕｐｓｏｆｓａｍｐｌｅｓ2.3　ＴｈｅＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＰｒｏｆｉｌｅｏｆＳａｍｐｌｅｓＴｈｅＳＥＭｐｈｏｔｏｓｏｆｓａｍｐｌｅｓｔｒｅａｔｅ ｄｂｙＲＥｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ(ａ)ａｎｄｂｙｔｈｅｃｏｍｐｏｕｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇ ｙ(ｂ)ａｒｅｓｈｏｗｎｉｎＦｉｇ.3.Ｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｐ ｈｏｔｏｓ,ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ(ｂ)ｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ:(1)ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｒｅｆｉｎｅｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ;(2)ｒ ｅｍａｒｋａｂｌｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｉｎｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕ ｔｉｏｎｏｆａｂｏｒｅｓｃｅｎｔｃｒｙｓｔａｌ,ｔｈａｔｉｓｔｏｓａｙ,ｍａｃｒｏｃｒ ｙｓｔａｌｌｈａｓｂｅｅｎｂｒｏｋｅｎｔｏｍｅｌｔｉｎｔｏｎｅｔｗｏｒｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｌｉｋｅ;(3)ｕｎｉｆｏｒｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｏｕｔｈｅａｔｉｎｇｃｒａｃｋｓ.Ｂｕｔｗｈｅｎｗｅａｐｐｌｙｌａｓｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｏｂｌａｎｋｓａｍｐｌｅｓ,ｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｃｒａｃｋｓｉｎｅｖｉｔａｂｌｙｏｃｃｕｒ<3>.Ｔｈｅ