1。2。2渗硼处理技术

渗硼，是把硼元素渗入到金属材料表面（钢铁材料、钛、钽和镍基合金等），生成硼化物层以获得较高硬度和耐磨性的化学热处理方法[8]，提升了表面的性能。渗硼处理过程中，处理温度、基底材料化学组成、潜在的中间硼化物以及渗硼时间决定了在渗硼层表面形成的硼化物的组分和形貌。作为一种表面化学热处理方法，钢材渗硼后通常比经过渗碳和渗氮处理的钢具有更加优异的性能，因为钢渗硼层主要是由铁硼化物组成的，铁硼化物具有非常高的硬度，可以达到1650～2000HV，而渗碳和渗氮后钢铁材料的表面硬度只能达到650～900HV。另外，对于许多含铁材料而言，进行渗硼处理可以防止腐蚀现象的发生。众多种类的工具钢可以进行渗硼处理来增强钢的性能和使用寿命。尽管H13渗硼钢相对于其他硅含量较低的模具钢会有一些缺陷，但是渗硼处理可以提高提高例如管口、钢锭模等热成型钢等部件的使用寿命[9]。

渗硼的过程就是硼原子进入金属材料表面的一个化学热处理过程。在一定温度下吸附在工件表面的硼原子和材料表面原子反应生成了一层化合物，也就是渗硼层[10]。渗硼有许多种方法，如气体渗硼、液体渗硼、粉末渗硼、膏剂渗硼等。按渗硼剂（介质）物理状态的不同，可以分为气体渗硼法、液体渗硼法和固体渗硼法三大类。气体渗硼法是把试样密封在含硼或可产生的气体介质之中，加热到设定的渗硼温度进行渗硼的方法[11]。液体渗硼法是将渗硼试样放在液体介质中进行渗硼的一种方法。液体渗硼法在20世纪70年代发展较快，后来就一直发展缓慢。液体渗硼法采用的原材料价格较低，操作简单，能根据需要选用不同的盐浴和工艺来控制渗硼层相组成。制造工业领域中，固体渗硼和液体盐浴渗硼这两种方法非常受青睐，也是最常见且较成熟的。对于外形较为复杂的零件，更多地采用的是固体渗硼法，而对于外形较为简单的器材，则使用液体盐浴渗硼的方法。由于固体渗硼无需要复杂的相关设备，而且工艺也比较简单[11]，因此本课题采用了固体渗硼法。

固体渗硼是将工件直接埋入固体渗硼剂中，或者直接在零件表面涂上膏状渗硼剂，然后装入渗硼罐密封(也可以不密封)，最后加热到设定的渗硼温度进行保温一段时间的渗硼方法的[14]。相对于其他两种方法，固体渗硼法有对设备要求低、操作简单、渗硼后工件容易清洗、可以进行批量生产等优点，这是一种应用较多的渗硼方法。论文网

固体渗硼法通常采用两种供硼剂，一种为碳化硼，另一种为硼砂。常见的活化剂有氯化铵、碳酸钠等。常见的填充剂为碳化硅或氧化铝。固体渗硼剂的材料配比将会决定影响渗剂的活性的强弱。

1。2。3渗硼组层织和性能

渗硼是一个硼化物形核并长大的过程，硼原子在钢件中可以形成间隙固溶体也可以形成置换固溶体，但是硼原子在钢件中的扩散速度要比碳原子或氮原子慢得多。在渗硼过程中，渗硼剂在高温下产生许多活性硼原子吸附到工件的表面，渗硼的起始阶段，在工件的最表层形成了Fe2B、FeB和Fe3(C•B)的晶核，当表面聚集的硼原子浓度达到8。84%时，工件表面的Fe就会和活性硼原子结合生成Fe2B。当硼含量达到16。23%时，工件表面的Fe就会和活性硼原子结合生成FeB。因此，若想获得单相Fe2B渗硼层，应该从控制工件表面吸附的硼原子浓度方向着手。Fe2B是体心正方结构，晶格常数是a=0。5078nm, c=0。4249nm。FeB是立方晶体，晶格常数为a=0。4053nm,b=0。5495nm,c=0。2946nm。渗硼中的Fe2B相有着良好的力学性能和硬度较高，且耐磨性好，而FeB相脆而且硬 [12]。脆性较大的FeB容易剥落，因而FeB、Fe2B两种硼化物之间容易产生裂纹。因此，在工业应用领域中，渗硼层更希望是Fe2B单相组织。