纯镍渗硼硅处理工艺及组织性能研究

采用粒状渗剂分别在渗硼硅温度为850、900、950℃,保温时间为2、8 h的工艺参数下对纯镍表面进行固体渗硼硅处理。用光学显微镜(OM)对渗层横断面进行了显微组织观察,用显微硬度计测试渗层的硬度分布,用M200型磨损试验机研究未渗硼硅和渗硼硅纯镍的耐磨性,采用循环氧化试验研究未渗硼硅和渗硼硅纯镍的抗高温氧化性。结果表明,纯镍渗硼硅后,渗层为硅化物层和硼化物层,且硅化物和硼化物的显微硬度都大于基体硬度,渗层厚度随着渗硼硅时间和温度的增加而增加,其范围约为36~237?m,用X射线衍射仪(XRD)分析出渗层为硼化物层(Ni2B)和硅化物层(Ni3Si、Ni5Si2和Ni2Si)。磨损试验结果表明渗硼硅后试样的耐磨性得到提高。抗高温氧化试验结果显示未渗硼硅纯镍试样抗高温氧化性优于渗硼硅后纯镍试样。     

TC4钛合金的固体渗硼

采用固体粉末渗硼法对TC4钛合金基体表面进行渗硼试验。通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)与X射线衍射 (XRD)研究TC4钛合金渗硼后的物相组成和组织形貌,讨论渗硼过程中元素的扩散行为。结果表明：在1000,1050和1100 ℃分别保温5,20 h后,渗层由外表层的TiB2和内表层的TiB晶须组成,渗层厚度范围为0.8~15 μm。XRD分析表明：TC4钛合金渗硼后形成TiB2与TiB双相硼钛化合物层,随着温度的升高,TiB2与TiB的峰位增多;EDS分析得出表层B原子被TC4钛合金吸附后与基体的Ti化合导致过渡区域内的Ti含量减少,同时Al和V元素开始向基体扩散并在近界面处富集。渗层的显微硬度呈梯度分布,TiB2到TiB晶须维氏硬度值的变化范围为22 000~11 000 MPa,过渡区的硬度值要高于基体的硬度值。     

TC4钛合金表面氧化锆催渗渗硼工艺的优化

以渗层厚度和表面硬度为评定依据,采用正交试验对TC4钛合金表面氧化锆催渗渗硼工艺进行了优化,其中渗硼温度影响最大,其次为渗硼时间和ZrO2含量,B4C含量影响最小,最优工艺为:渗硼温度1 050℃,渗硼时间25h,渗硼剂配比(质量分数):B4C 20%,ZrO24%,SiC 76%。利用X射线衍射仪和光学显微镜对渗层的物相组成和厚度进行分析,结果表明:渗层表面主要由TiB2、TiB、TiB12、TiC、TiN组成,渗层厚度为46.67μm。与基础渗硼剂所得渗层相比,渗硼层厚度、渗层硬度、界面结合力和耐磨性都有所提高。     

TC4钛合金表面氧化镧催渗渗硼工艺优化

以渗层厚度和表面硬度为评定依据,采用正交试验对TC4钛合金表面氧化镧催渗渗硼工艺进行优化。结果表明,渗硼温度对渗硼层影响最大,其次为渗硼时间、B₄C含量和La₂O₃含量。最优的催渗渗硼工艺为：渗硼温度1050 ℃,渗硼时间20 h,渗硼剂配比20wt%B₄C+4wt%La₂O₃+76wt%SiC。渗层表面由TiB、Ti₂B₅、TiC和Ti组成;与未添加氧化镧渗硼层相比,添加氧化镧渗硼层厚度与表面硬度明显提高,耐磨性也得到显著改善。     

纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷的渗硼处理

真空烧结制备了纳米改性的Ti(C,N)基金属陶瓷,并对其进行了固体粉末渗硼处理。研究了渗硼处理对不同金属相的纳米TiN改性的Ti(C,N)基金属陶瓷组织与性能的影响。光学显微照片表明,材料的表面形成一层渗硼层;X射线对材料的物相分析表明,试样表面的渗硼层为TiB2、MoB、Ni3B、NiB、CoB等硼化物;硬度测试结果表明,试样的表面显微硬度大大提高。试验结果表明,不同金属相含量的Ti(C,N)基金属陶瓷均具有可渗硼性。     

粉末渗硼处理对Ti(C,N)基金属陶瓷组织性能的影响

通过真空烧结方法制备纳米改性的Ti(C,N)基金属陶瓷,并对其进行固体粉末渗硼处理。研究了渗硼处理对纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷组织与性能的影响。采用光学显微镜、SEM、XRD以及EDS等方法对组织结构进行研究,用带有刻度的显微硬度计观察渗硼层的厚度并测量显微硬度,利用DCS-5000型万能材料实验机采用三点弯曲法测试试样抗弯强度。结果表明,试样表面获得约30μm厚的渗硼层,组成成分为TiB2、MoB2、CoB和Ni3B等硼化物,渗硼试样的表面显微硬度提高43%,但抗弯强度有所下降。     

T10钢盐浴渗硼工艺及性能研究

为了提高T10钢模具的硬度及耐磨性,笔者对其表面进行液体盐浴渗硼处理.设计L9(34)正交试验,研究盐浴配方中SiC,B4C和KCl含量及渗硼温度对渗层组织及性能的影响.结果表明:B4C含量对渗层厚度和耐磨性的影响最大;随SiC含量增加,渗硼层厚度和耐磨性均升高;随B4C含量、KCl含量及温度的升高,渗硼层厚度和耐磨性...     

Ti-6Al-4V钛合金固体渗硼法表面改性

对TC4钛合金(Ti-6Al-4V)进行表面渗硼使其表面硬度显著提高.渗硼温度为1000℃到1050℃,渗硼时间为5 h到20h.文内测量和比较了渗硼后钛合金表面的微结构、形貌、相组成等性质,研究了渗硼过程中Ti,Al,V,B等元素的扩散行为.在低温短时间渗硼时,渗硼层厚度仅0.8μm,而在高温长时间渗硼时,渗硼层厚度可达15 μm.实验证明,渗硼层由TiB和TiB2两相组成,并且它们的含量随渗硼温度提高而增加.渗硼层表面主要含TiB2,其显微硬度可达2200 HV0.01,渗硼层内表层主要含TiB,其显微硬度为1100 HV0.01.渗硼层的硬度远高于TC4钛合金的硬度.     

TA1纯钛离子碳氮共渗改性层耐磨性能研究

对TA1纯钛进行了离子碳氮共渗。用扫描电镜对离子碳氮共渗的TA1纯钛改性层进行了观察。用X射线衍射仪测定了改性层的物相。用能谱仪对改性层作成分分析。用显微硬度计测定改性层的硬度。用SRV摩擦磨损试验机测定摩擦系数,在往复式磨损试验机上进行,磨损试验。结果表明,经离子碳氮共渗的TA1纯钛表面获得了金黄色、均匀的Ti2N／TiN改性层,显微硬度为840HV0．01。碳氮共渗表面改性层能明显提高纯钛TA1的耐磨性。     

渗硼对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

采用粉末冶金法制备了纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷,并用固体粉末法对其进行了渗硼处理。研究了渗硼处理对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织以及抗弯强度和硬度的影响。结果表明:渗硼处理使Ti(C,N)基金属陶瓷中生成了CoB、TiB2、MoB2和石墨相。金属陶瓷的渗硼层由硼化物层、扩散层和基体区组成,厚度为100～140μm。硼化物层主要由CoB组成,扩散层含有较多孔隙,基体区存在富硼的渗硼影响区,影响区具有与Ti(C,N)基金属陶瓷近似的微观组织,但金属相含量较少。渗硼处理使Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度降低,主要是由材料中产生的热应力、组织应力以及组织变化引起的。Ti(C,N)基金属陶瓷的表面硬度提高48.7%。在由渗硼层表面向内部100～140μm范围内,硬度呈下降趋势。     

球墨铸铁固体渗硼及渗层生长动力学

采用LSB型渗硼剂分别在渗硼温度为1123、1173和1223 K,保温时间为2、4、6和8 h的工艺参数下对球墨铸铁表面进行固体渗硼处理。用扫描电子显微镜(SEM)对渗层横断面进行了显微组织观察,用X射线能谱仪分析了沿渗层表面到心部的元素分布。用X射线衍射仪(XRD)分析出渗硼层为Fe2B单相,用显微硬度计测试渗层的硬度分布,其显微硬度值在1170~1392HV0.025之间。渗层厚度随着渗硼时间和渗硼温度的增加而增加,其范围约为35~118μm。对实验数据进行分析和拟合,得出渗层动力学曲线和等厚度图,并且经回归分析计算出硼在球墨铸铁中的扩散激活能约为175 kJ/mol。     

65Mn钢渗硼层的微观组织、硬度及生长动力学

采用固体渗硼工艺对65Mn钢进行渗硼处理,并借助光学显微镜、X射线衍射仪、电子探针及维氏硬度计等手段系统研究了渗硼温度(800~1000 ℃)和渗硼保温时间(2~8 h)对65Mn钢渗硼层厚度、微观组织和硬度的影响规律以及渗硼层的生长动力学。结果表明,随着渗硼温度的升高或渗硼时间的延长,渗硼层的厚度不断增大,但当渗硼温度超过900 ℃时,渗硼层中黑色孔洞的数量、大小以及距离渗硼层表面的深度都逐渐增大。65Mn钢渗硼层都由Fe₂B柱状晶,以及位于Fe₂B柱状晶生长前沿及晶粒间的Fe₃(B,C)相、二元铁硅化合物和三元铁碳硅化合物组成,其维氏硬度(800~1590 HV0.05)远大于65Mn钢基体的硬度(238 HV0.05)。由于硬度较低的Fe₃(B,C)相和富硅相分布于高硬度的Fe₂B柱状晶晶粒之间,导致渗硼层的硬度并不随离渗硼层表面距离的增加而单调减小。渗硼层厚度的平方与渗硼时间呈线性关系,B原子在65Mn钢渗硼层中的扩散激活能为220.96 kJ/mol。     

电流密度对Na2B4O7-CaCl2熔盐电解法制备TiB2/TiB渗层的影响

采用熔盐电解法在纯钛表面渗硼,以硼砂作硼源、无水氯化钙为支持电解质,在电解温度920℃,电解时间1h的条件下,研究不同电流密度对渗层物相、微观结构及渗层厚度的影响,并用循环伏安法对阴极反应机理进行了研究。利用XRD对渗硼试样表面进行物相分析,利用扫描电镜(SEM)观察渗硼试样的断面形貌并采用能谱(EDS)进行元素分析。结果表明:在不同的电流密度下电解渗硼,得到的渗层均由TiB_2和TiB组成,且TiB_2渗层厚度可达到4.5μm,渗层厚度随电流密度非线性变化。循环伏安法结果显示阴极的反应主要是钠离子的还原,随后钠原子将硼砂生成的B_2O_3中的B置换出来,高温下B原子向钛基体扩散而形成硼化物渗层。     

稀土La2O3对45钢渗硼层性能的影响

目的研究渗硼剂中稀土氧化物La_2O_3的添加量对45#钢渗硼层厚度及性能的影响。方法通过在渗硼剂中添加质量分数为0%、5%、10%的La_2O_3,对45#钢在850℃进行4h渗硼处理,利用金相显微镜观察渗硼层的形貌并测试其厚度,利用XRD分析渗硼层的物相结构,利用显微硬度计、磨损试验机、电化学工作站对渗硼层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及脆性进行测定及衡量。结果 45#钢渗硼后,硬度显著提高,且在渗剂中加入5%和10%的La_2O_3进行渗硼后,渗硼层厚度及硬度较渗剂中不加La_2O_3均有明显增加。在渗剂中添加不同含量的La_2O_3对渗硼层的耐磨性、耐蚀性以及脆性影响不同。添加5%La_2O_3进行渗硼后,渗硼层的耐磨性、耐蚀性最佳,脆性最小;添加10%La_2O_3进行渗硼后,渗硼层的耐磨性和脆性都比未加La_2O_3的要差,但耐腐蚀性较未加La_2O_3的要好。结论综合渗硼层的厚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及脆性指标,在渗硼剂中加入5%La_2O_3时,45#钢渗硼层厚度适中,性能最佳。     

工业纯钛TA2熔盐电解法渗硼的渗层生长动力学

选用硼酸钠-氯化钙体系为电解质,采用熔盐电解法在钛表面渗硼,研究熔盐温度及渗硼时间对渗层物相、形貌及渗层厚度的影响,并对渗层生长动力学进行了分析。利用XRD对渗硼试样表面进行物相分析,利用扫描电镜(SEM)观察渗硼试样的断面形貌并采用能谱(EDS)进行元素分析。结果表明:在温度为1153～1293 K、电流密度为500 A/m~2,通电15～60 min的条件下,Ti表面得到的硼化物渗层上层是均匀致密的TiB_2,下层是嵌入基体的针状TiB;在1293 K下渗硼60 min后,所得渗层中TiB_2厚度约为8.4μm。根据TiB_2渗层厚度随时间的变化关系,计算出渗层在1193、1243和1293 K的生长速率常数分别为5.85×10~(-15)、1.24×10~(-14)和2.10×10~(-14) m~2/s,TiB_2渗层生长激活能为152.02 kJ/mol。     

Ti6Al4V钛合金表面真空渗氧处理

目的在Ti6Al4V钛合金表层制备硬度高、耐磨性好的硬化层。方法结合真空技术,以高纯的O2为介质,在Ti6Al4V钛合金表面制备致密的渗氧硬化层,采用X衍射仪分析渗氧层的相组成,用金相显微镜观察渗氧层和磨痕组织,用显微硬度计测试渗氧层的显微硬度,用MM-U10A端面磨损试验机研究渗氧层的耐磨性。结果渗氧层物相主要由TiO_2、TiO、Ti_3Al及Al_2O_3组成,温度较低时,形成的渗氧层较薄,温度增加,渗氧层厚度迅速增加,硬度及耐磨性也随之增加。温度为760℃时,表面硬度为基体硬度的2.5倍以上,大于750HV,有效硬化层厚度达60μm以上,其磨损失重仅为未渗氧原样的1/4,表面磨痕细密,没有撕裂情况发生,渗氧层保持完整。温度继续增加,氧化物开始聚集长大,渗氧层组织开始变得疏松,硬度及耐磨性开始下降。结论 Ti6Al4V钛合金表面真空渗氧处理可显著提高其表面硬度,耐磨性改善明显。     

表面纳米化对45钢硼铬稀土低温共渗的影响

采用快速多重旋转技术(FMRR)对45钢进行表面纳米化处理,然后对其进行650℃×6 h的硼铬稀土低温共渗,并利用TEM、SEM、电子显微硬度计进行表征。结果表明:快速多重旋转技术处理后的45钢表面发生了剧烈塑性变形,产生了纳米级晶粒,变形层厚度约30μm,硬度比基体提高40%;处理后的45钢表面硼铬稀土低温共渗层无明显的梳齿状、较为连续,平均厚度27μm,其硬度为1200~1700 HV,共渗层主要由单相Fe2B组成。     

钛及钛合金渗硼技术的发展

介绍了近年来研发的提高钛及钛合金表面硬度和耐磨性的渗硼方法,包括气体渗硼、液体渗硼、固体渗硼、膏剂渗硼和等离子渗硼等。讨论了上述渗硼方法所获得的渗层的显微结构和性能及其应用范围。比较了各种渗硼方法的特点。展望了钛合金渗硼技术的发展和应用前景。     

表面纳米化预处理对Ti-6Al-4V合金渗硼的影响

研究了表面纳米化预处理对Ti-6Al-4V合金渗硼的影响。采用表面机械研磨处理(SMAT)在Ti-6Al-4V合金表面预先制备出一层纳米晶层,随后采用粉末渗硼法对纳米晶样品进行渗硼处理,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和微观硬度测试仪等对渗硼层的相组成、结构形貌、显微硬度和韧性进行了表征与测试。结果表明:表面纳米化预处理可以显著增强Ti-6Al-4V合金低温渗硼动力学,降低渗硼温度。与未处理的高温渗硼样品相比,纳米化预处理样品低温渗硼层硬度和耐磨性略有下降,但仍满足工业应用要求。渗层脆性级别评定表明表面纳米化预处理可以有效降低渗硼层的脆性。     

Cr8Mo2SiV钢的渗硼层生长动力学及耐磨性

对Cr8Mo2Si V钢在1123、1173和1223 K分别进行2、4、6、8 h的固体渗硼试验。结果表明,渗硼层组织为齿状形貌,经X射线衍射(XRD)分析,渗硼层由Fe_2B、FeB、Cr_2B和CrB相组成。渗层厚度随着渗硼温度和渗硼时间的增加而增加,渗硼扩散激活能为194 kJ/mol。经显微硬度、磨损试验结果和磨损产物能谱分析,渗硼后试样表层的硬度和耐磨性较渗硼前有显著的提高。