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化合物层因其优良的力学性能和耐蚀性能得到广泛的应用,由于化合物层的厚度很薄,无法单独测试化合物层的性能。本文对Q235钢进行650℃× 3h+450℃× 2.5h+400℃×2h的低温气体多元共渗工艺得到120μm的化合物层,并对制得的超厚化合物层进行了组织分析、物相分析、显微硬度分析和纳米压痕测试、阻尼性能和磁性能测试、中性盐雾腐蚀性能和极化性能测试,以期全面系统地表征化合物层的综合性能。研究发现,经过多元共渗处理后,表面组织依次为氧化层、化合物层和扩散层,硬度大幅度提高。化合物层的主要物相为Fe2N相,内部含有少量Fe3N相,其中饱和磁化强度Ms(Fe2N)<Ms(Fe3N)<Ms(Fe),随着化合物层所占比例的增加,饱和磁化强度Ms降低。阻尼性能有所提高,阻尼系数η升高,相比原材提高了 2倍。当材料全部转化为化合物层后,其耐蚀性大幅度提升,经过900h以上的中性盐雾腐蚀试验,其保护等级仍为10级,保护等级时间是普通多元共渗处理的试样的几十倍。通过对比自腐蚀电位Ecorr、阳极塔菲尔斜率βa,多元共渗处理后,材料的腐蚀性能随着化合物层厚度比例的增加而增加,与中性盐雾腐蚀试验结果一致。通过第一性原理计算分析了化合物层的磁学性能,计算了 Fe2N相、Fe3N相和α-Fe相的磁矩,发现Fe原子磁矩依次升高,同时计算了 Fe2N相、Fe3N相和α-Fe相的电子结构,通过分析其态密度来分析各相的磁性能与磁化强度Ms规律一致。通过对比多元共渗处理后试样的拉伸数据和断裂方式,计算出化合物层的强度为990MPa。探究了多元共渗在裂纹愈合中的应用,发现125μm裂纹也可通过超厚多元共渗方法进行愈合,愈合区域硬度与基体硬度相差不大,应力集中很小,愈合后,材料的强度和塑性都大大提高,并进一步探究了裂纹愈合的机理。