冯涛，冯雅，段琼，孙永兴

（1.中国石油大学（华东） 材料科学与工程学院，山东 青岛 266580；2.哈尔滨工业大学 先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨 150001；3.青岛双星装备制造有限公司，山东 青岛 266400）

渗层的性能取决于渗层的组织及结构。前人的研究表明[7-9]，渗氮层主要由α-Fe、γ′-Fe4N 和ε-Fe2-3N组成，白亮层主要由ε 相和γ′相组成，扩散层具有一定的强度和韧性，主要由α+γ′相及α 相组成。α 和γ′相具有良好的韧性，ε 相韧性较差。这些相的形成主要依靠原子间价电子的作用。而物质的原子构成、电子构成以及化学键构成决定了它们的物理化学性质[10-11]。

“固体与分子经验电子理论”（EET 理论）以共价键理论、能带理论、电子浓度理论等为根据，用以分析晶体和分子结构[12-14]。本文以45 钢离子渗氮为出发点，通过EET 理论研究离子渗氮后相组成与性能之间的关系，以揭示渗氮的微观机制以及氮原子影响渗透层微观组织结构和性能的物理本质。

1 试验材料及方法

采用控制变量法对45 钢进行表面离子渗氮，固定渗氮电压820 V，保温4 h，其他渗氮参数见表1。

表1 离子渗氮工艺参数Tab.1 Plasma nitriding process parameters

渗氮后对试样进行表面硬度、渗层深度、耐磨性及耐蚀性测试。利用Diamond 软件得到化合物的晶体结构图；利用FindIt 软件计算化合物的单胞体积、晶格参数、晶格类型和原子空间坐标等晶体结构信息；利用ACE 计算软件及EET 中的BLD 方法计算每种化合物的试验键距及等同键数，得到该化合物的价电子结构，计算每种化合物的晶体结合能，分析晶胞结构对材料硬度、脆性、耐磨性、耐蚀性的影响。……