以电熔白刚玉、鳞片石墨、活性 α-Al2O3微粉、金属 Al粉和 Si粉为主要原料、h-BN (质量分数 0%、3%)为添加剂, 制备低碳 Al2O3-C耐火材料, 研究了不同氮化温度下添加 h-BN对 Al2O3-C耐火材料显微结构、物理性能以及抗氧化性能的影响。结果表明: 添加 h-BN促进了 SiC晶须的生成, 在 1 400℃氮化后添加 h-BN样品的常温耐压强度和常温抗折强度较未添加 h-BN样品分别提高了 6%和 10%；添加 h-BN样品的抗氧化性能得以显著提升, 其中 1 500℃氮化后添加 h-BN样品的抗氧化性能较未添加 h-BN样品提高了 21%。

由于氮化铝纳米线具有优异的导热性, 国内外学者对其进行了广泛研究。本文以三聚氰胺和氟化钇为添加剂, 采用直接氮化法制备了氮化铝纳米线。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、能谱仪(EDS)等表征了氮化铝纳米线的晶体结构和微观形貌, 分析了三聚氰胺和氟化钇对氮化反应的促进作用, 研究了不同含量的三聚氰胺和不同反应温度对制备氮化铝纳米线的影响。结果表明: 添加三聚氰胺可以提高氮化反应速率, 促进纳米线的生成; 当反应温度为1 200 ℃, 铝粉和三聚氰胺质量比为1∶4, 氟化钇掺量为5%(质量分数)时, 成功制得了高长径比的氮化铝纳米线。

以铌箔为基底，用阳极氧化法结合氨气还原氮化法制备出氮化铌纳米管，利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)等结构表征手段和循环伏安法(CV)、充放电(GCD)和交流阻抗法(EIS)等电化学测试手段研究了还原氮化温度对纳米管的物相、形貌以及电化学性能的影响。结果表明，还原氮化后出现了氮化铌物相，以氧氮化铌固溶体形式存在，当还原氮化温度为700 ℃时，氮化铌纳米管阵列结构均匀，纳米管的孔内径约为35 nm，管壁厚度约为12 nm，纳米管长度约为1.5 μm，样品中内在阻抗和电荷转移电阻较小，在电流密度为0.1 mA/cm2时，其比电容为400 μF/cm2。

为了获得综合性能优良的含氮奥氏体不锈钢激光熔覆层,以经过超高纯氮气处理的固溶渗氮AISI304粉末为原料,采用激光熔覆技术制备了不同氮含量的奥氏体不锈钢熔覆层,并对熔覆层的组织和性能进行了研究。研究结果表明:在激光熔覆过程中存在氮的析出,熔覆层中存在气孔;随着粉末中的氮含量增加,熔覆层中的氮含量逐渐增加,孔隙率先增大后减小,强度明显提高,但断后伸长率逐渐下降。对于采用氮质量分数为0.41%的粉末制备的熔覆层,其氮的质量分数为0.25%,抗拉强度为(856±20) MPa,屈服强度为(747±15) MPa,断后伸长率为(22±3)%,平均显微硬度为280.68 HV0.2;对于采用氮质量分数为0.16%的粉末制备的熔覆层,其自腐蚀电位为0.0777 V,腐蚀速率为1.6198×10 -5 g/(m 2·h),均远优于AISI304熔覆层。

盐浴复合热处理技术是一种新型表面处理技术, 能增强工件的耐磨性、 耐腐蚀性和耐疲劳性, 在金属表面处理中得到广泛的应用。 氮化盐中氰酸根、 氰化物和铁离子的含量对该热处理技术的质量控制十分重要, 因此需要准确测定该三成分的含量以保证金属表面处理的质量。 针对目前业内所采用的化学滴定法难以满足自动化分析的技术要求, 基于分光光度法, 采用510, 620和697 nm三个不同波长的单色LED光源、 耦合光纤、 光电二极管搭建了一台半自动氮化盐三参数分析实验装置, 实现氰酸根、 氰化物和铁离子的快速准确测试。 该半自动实验装置除了光路系统外, 还有搅拌控制系统、 恒温控制系统、 数据采集电路系统。 氰酸盐检测采用间接检测方法, 先通过化学方法把氰酸根转变为铵根, 再根据标准GB 7481—1987水质铵的测定-水杨酸分光光度法, 通过对铵离子的测定(检测波长697 nm)间接测量氰酸根。 氰化物检测依据标准HJ484—2009水质氰化物的测定-异烟酸-巴比妥酸分光光度法(检测波长620 nm)。 铁离子含量的检测依据标准HJ345—2007水质铁的测定-邻菲啰啉分光光度法, 光谱检测特征波长为510 nm。 对LED光源光强稳定性进行了测试, LED光源一开始工作光强即达到稳定值; 测试了耦合光纤对LED光源的光谱影响, 单色光源通过耦合光纤和单光纤的光谱没有发生变化, 只是通过耦合光纤后光强值有所降低; 测试了搅拌对LED光源光强稳定性影响, 搅拌系统对光学系统没有影响。 利用实验装置测量出不同浓度氰酸根标准样品氰酸钾、 氰根标准样品氰化钾、 铁离子标准样品硫酸亚铁的吸光度, 基于朗伯比尔定律, 建立氰酸根、 氰化物和铁离子标样的拟合曲线, 其线性相关度R2分别为0.990 7, 0.999 6和0.998 1, 线性度高; 氰酸根、 氰根和铁离子的预测样品均值最大相对误差和最大相对标准偏差RSD分别为4.53%和1.04%, 2.29%和0.79%, 4.2%和0.7%, 说明三样品测试结果准确性高、 重复性好; 氰酸根、 氰根和铁离子的最低检出限LOD分别为0.017, 0.009和0.005 mg·L-1。 比较了用设计的氮化盐三成分半自动检测装置与传统化学滴定法测得的氮化盐样品中的氰酸根、 氰化物和铁离子含量, 设计的检测系统测试结果优于传统的化学滴定法, 其中测试的氮化盐样品的氰酸根、 氰化物和铁离子均值相对误差和相对标准方差RSD分别为4.17%和0.69%, 1%和0.58%, 4%和0.29%。 各项测试结果均达到设计要求, 为盐浴复合热处理技术氮化盐三成分半自动分析仪提供了理论和技术支持。 论文搭建的氮化盐三成分半自动检测装置的光路系统采用单色LED光源、 多进一出耦合光纤对光源分光, 实现多参数的快速准确检测, 整套光学检测系统无任何活动部件, 大大降低了光学检测系统带来的系统误差, 保证了测试的准确度和重复性。

为提高Inconel 690合金管表面的耐蚀性和耐磨性，对合金管表面进行了激光熔凝渗氮处理,对处理后试样的微观组织、相组成、显微硬度及耐蚀性能进行了测试与分析，研究结果表明,激光氮化层主要由CrN、γ相等物相组成，氮化层具有较高冶金质量且无裂纹、气孔等缺陷，组织分布均匀、晶粒细小，显微硬度最高达到253 HV。经过激光熔凝渗氮处理后，合金管对Cl-表现出较好的腐蚀抗性，但对OH-的耐蚀性能轻微降低。

TC4(Ti-6Al-4V)钛合金表现出了非凡的高比强度和良好的抗氧化性能, 这使它们可用于航空航天和石油化工领域。然而, TC4较低的耐磨性, 限制了它们在摩蚀环境中的应用。在众多的表面改性技术中, 激光渗氮由于可控并且可以对指定区域渗氮处理, 对环境无污染因此受到了极大的重视。本文通过采用Nd:YAG脉冲激光对在不同比例的氮和氩的混合气体中进行TC4合金表面氮化处理, 探讨了氮气浓度等对氮化层组织和硬度的影响。结果表明, 激光合金化试样存在组织不同的三个区域, 分别为熔融区、热影响区和基材。熔融区由钛合金基体和TiN组成, 其中TiN呈现树枝晶形态, 枝晶为定向生长的柱状晶, 在熔融区的底部, 枝晶以细小的针状枝晶形式存在; 熔融区存在明显的裂纹, 这些微裂纹是由于表面受激光脉冲作用快速熔化和随后急冷凝固时产生的应力所引起的。TiN激光合金化层的硬度在600～800 HV之间, 约为TC4合金的2倍。

采用激光硬化与渗氮复合表面改性技术，对W9Mo3Cr4V高速钢表面进行了强化处理。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电子探针、显微硬度计和摩擦磨损试验机，分别对复合处理试样的相组成、微观组织、成分、显微硬度和耐磨性进行了分析。研究结果表明，复合处理表面改性层主要是回火马氏体、残余奥氏体、Fe3N、Cr7C3、M2C 型碳化物所构成。由于激光硬化的晶粒细化作用，以及大量位错、孪晶、空位等微观缺陷的产生，致使氮化层的深度得到明显提高。与单一的激光硬化和渗氮工艺相比，复合处理工艺有效地提高了高速钢的硬度和耐磨性能。

对35CrMoA钢进行激光淬火渗氮复合处理,采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、显微硬度计及磨擦磨损试验研究了激光淬火/渗氮层的显微组织、硬度及耐磨性能,并与气体渗氮层对比。结果表明,两种渗氮层均由ε相,相,Cr2N相及Fe3C组成。激光淬火/渗氮白亮层中ε-Fe3N含量较高,而脆硬的ζ-Fe2N相及Fe2O3含量较低,且Cr2N颗粒细小。扩散层中-Fe4N中存在超点阵结构,Fe原子和N原子在相中有序排列,相和α-Fe相存在一定的位向关系,二者的共格性和相容性优良,细小渗碳体分布在条状下贝氏体组织中。激光淬火/渗氮试样的磨损表面划痕较浅,而气体渗氮试样表面有较深的犁沟,局部区域存在剥落,激光淬火/渗氮复合处理使渗氮层深度增加,硬度提高,耐磨性增强。