资源描述
of 04 in of to of 2, n is of 300of to to in as as as of a as a of to be in be is as a is In a by is In as of a to in of in of is a of a of of he 5 .5 # 1200), of in 2 of is to be r: 2:1) of of do 023,1073,1123,1173 223 K at up to 0 kV a 0.1 kg of of of in 6 of he of of of of in 123 K .5 0% 0% of to a 00% of to of is be to of in as to of of of of 0%, of of is of of 0 in +1. B +1, of 0% 0% of of be to of in in of 0 5% of of as . a of in be 7,8. of a in on of 7,8. It to in of on to of is of 0% 0% of of on of of 2. on on to as be by of on of of of be in in 3. 04 173 K. 023,1073,1123 K, to be is 173 223K in 0 0 of 223K in on of 5 800 000 of 4. of 023 1223K 3,5,7 of of of of by of in in in On as , 173K of of of a of of as as of wt i. to to in In in 8 of to of in a of of of a of In in of to on of is so a of to of To in in of is of to to 1) of of 0% of 0% of (2) of in a (3) in of of on by in r to of (4) a of 23 kJ is to of 半连不锈钢 04 的等离子膏剂渗硼处理 1、概述 金近年来， 对表面处理工艺的发展已在广泛的研究，以改善不锈钢在高温高压应用下的磨损和抗氧 化性能。不锈钢可用的表面处理方法包括氮化，渗碳，等离子涂层，渗硼。特别是，渗硼是通过渗透和扩散硼到表面形成硼化物层（硬度（ 1300 至 2100 之间）的表面处理方法。硼化物层也有出色的耐热性和抗腐蚀性，并且渗硼已应用于改善阀门，燃烧器，喷嘴等的表面性能，当它们在高温高压下暴露在水和油中时。 然而，最近经过改良的渗硼工艺如等离子渗过程已经广泛的研究，因为传统的渗硼工艺，如正式盐浴渗硼和气体渗硼会出现如环境污染，毒性，爆炸性性质等问题。 等离子渗硼拥有许多优势比传统的渗硼工艺。例如，一个高能源效率期望作为一 种等离子高能量的来源被利用在等离子渗硼过程中，而且变形可以被尽量减少，因为加工温度相对低于传统工艺。然而，等离子渗硼进程也有其自身的局限。 体被用来作为硼源气体，但这些气体相对昂贵，而且有毒，有爆炸性。在真空室中通过硼氯腐蚀是另一个严重的问题对等离子渗硼来说。 在这项研究中，作为发展一种解决上述提到问题的渗硼工艺的多中尝试中的一种，涉及到用无定形硼和硼砂（ 剂的一种简单处理的等离子膏剂渗硼法已经被设计，最佳的等离子膏剂渗硼工艺条件已经进行了调查，由此法形成的硼化物层已有一定特点。 2、实验方法 本实 锈钢标本（直径 15 毫米，厚度， 米）被用于此次试验。砂纸（ 1200 级）抛光标本试样表面后，干净脱污后的标本被带入实验室，在 围中对标本进行溅射清洗是首先要进行的。在 2： 1）的气体环境中，用不同配比的硼和硼砂的混合物做渗硼剂的等离子渗硼处理开始了，要在 1023， 1073， 1123， 1173和 1223 K 几个不同温度下加热长达 7 个小时。用显微扫描电镜（日立 5究它的微观结构，在 20 千伏加速电压下做了电子探针分析。维氏硬度测定使用了 斤力负荷，采用 7 个读数的平均值。 线衍射仪被用于 X 射线衍射分析。等离子膏剂渗硼用的器具和其他试验的细节在参考文献中用描述 。 3、实验结果及讨论 剂混合物的比例对硼化物层形成的影响 he of of of 图 1. 不同配比的无定形硼和硼砂的混合物对硼化物层厚度的影响 图 示了用不同比例的膏剂渗硼在 1123 K 温度下保温 时后硼化物层的厚度。观察了用质量分数为 20%和 70%的硼砂形成的厚硼化物层。而用质量分数为 100%的无定形硼形成的任何可测量厚度的硼化物层没有被观察到，这可能归因于在等离子渗硼期间由于无定形硼的高熔点造成的用于表面扩散的活性硼的缺少。 当硼砂的质量分数增加到 20%时，活跃形成的渗硼层被观察。在渗硼期间，硼原子，通过膏剂中的硼的氢化物（ 分解产生的，而且这个硼原子 成熔融的硼砂或辉光放电里活跃的硼原子 B+1。最后，这个硼原子， B+1，扩散，和铁反应，然后形成 硼化物 层 。用质量分数为 30%的硼和 70%的硼砂的膏剂形成的硼化物层也被观察，这可能归因于有效的液态电解机制，当随着膏剂中硼砂数量的增加，熔融硼砂的流动性增加的时候。 此外，用质量分数 40 和 55%的膏剂，渗硼时比较慢速率被观察，正如图 1 所示。据推测，对包括气体，电解，液体非电解等在内各种渗硼机制来说，活跃在这个成分范围内将是困难的，由于一些原因，因此需要进一步调查研究。 图 1 中不锈钢硼化物层的厚度低于温和的碳素钢，这证实了以前报告过的结果 7,8。这不仅是因为在不锈钢的表面有一个防护层，而且在鉻，镍等硼化物的表面 也有防护层，它们形成与晶界，从而阻止了硼的扩散 7,8。也有人指出，由于硼的数量的增加，膏剂变得过量，粘着在标本的表面当等离子膏剂渗硼开始后，导致这膏剂的回收率非常低。考虑到硼元素的高成本，因此推断出等离子膏剂渗硼用的最佳膏剂成分是质量分数 30%的无定形硼和 70%的硼砂。 度和时间对渗硼层形成率的影响 2. on of 图 2 渗硼温度和时间之间的关系对硼化物层深度的影响 图 2 显示了渗硼温度和时间对硼化物层深度的影响。根据抛物线原理，随着渗硼时间和温度的增加，硼化物层的深度也跟着增加。这表明硼化物层的形成率变的缓慢了随着渗硼时间的增加。这可以用这样一个事实解释：形成于表面的硼化物层的下面的富镍层和富鉻层扮演了扩散屏障的角色，抑制活性硼扩散。进一步的解释将在文章后面给出。 面硬度分布的变化 3. 04 173 K. 图 3. 锈钢在 1173K 下硼化时，不同时间的硬度曲线 等离子渗硼标本在 1023， 1073， 1123K，保温 7 个小时得到的硼化物层厚度不能被测量，它们的硬度测量也是不可能的。在 1173 和 1223K 温度下等离子渗硼，无论如何，形成了 30 40 微米厚的硼化物层；对等离子渗硼标本在 1223K 保持 7 小时后的截面硬度测量结果总结在图 3 上。在等离子渗硼 7 小时后的标本上发现了最大深度为 45 微米的渗层，和最高硬度为 1800 2000 的渗层。 面硼化物层的微观结构 和成分分析 4. of 图 对 锈钢在 1023 1223K 处理 3， 5， 7 个小时的渗硼层的截面微观结构检查研究后，发现随着渗硼温度和时间的增长， 硼化物层 厚度也跟着增长。在渗硼碳钢中能正常观察到的齿状结构在渗硼不锈钢中观察不到。相反，如图 4 所示，在 1173K 渗硼3 小时后的不锈钢硼化物层中出现了扁平结构。 等离子渗硼标本的截面微结构显示了一层硼化物层，富镍层，富鉻层，还有基体，和其他研究者观察的结果 一致。用电子探针对图 4 的每个区域进行成分分析。结果显示硼化物层含大约质量分数为 4 的镍，基体还有大约 镍。这解释了在硼化物层下的富镍层的形成。在等离子渗硼期间，当硼化物层中过量的镍需要扩散到基体时，富镍层在硼化物层和基体之间形成。另外，观察图 4 中在富镍层下的富鉻层（大约质量分数为28%的鉻）。根据目前用电子探针对硼的线性分析，在等离子渗硼期间，观察到硼化物层有高度的硼集中现象，富鉻区硼的高度集中也被探测到，这表明在这个区域有大量的鉻硼化物形成。 此外， 察了硼化物层中的小气孔和用氯化硼， 氢气对纯铁渗硼形成的硼化物层中相似的气孔。由于这些气孔对渗层的机械性能是不利的，所以大量的判断这些气孔形成机制的研究已经进行。迄今为止，硼在硼化物层中的异构分布被普遍认为是硼化物层中气孔形成的主要原因。据报道，扩散退火处理时有效去除渗层气孔的方法。 . 4、结论 （ 1）对 锈钢的等离子膏剂渗硼来说，形成硼化物层的最有效、最经济的膏剂配比是质量分数 30%的无定形硼和 70%的硼砂。 （ 2）用等离子膏剂渗硼法，可以比传统的热扩散渗硼法在一个较短时间和较低温度下，得到扁平结构的厚硼化物层。 （ 3）用等 离子膏剂渗硼的 锈钢的微观结构由远及近分别是硼化物层，富镍层，富鉻层，基体等。在渗硼过程中，含低溶解度镍的硼化物层形成在表面，过量的镍通过扩散在硼化物层下面形成富镍层。 素中的一些进入硼化物层，另一些扩散到基体，从而在富镍层和基体之间形成富鉻层。 （ 4） 锈钢形成硼化物层的活化能是 123 千焦每摩尔，这是明显低于传统热扩散渗硼法测到的数据的。
展开阅读全文