交流电场增强45钢中温粉末法硼铝共渗特性

为克服传统粉末法硼铝共渗存在的处理温度高、渗速慢以及渗剂利用率低的缺点,研究以交流电场加速中碳 45 钢中温粉末法硼铝共渗。 分别采用光学显微镜、X 射线衍射仪、扫描电镜能谱仪和显微硬度计等观测共渗层厚度、组织、相结构、成分分布及硬度分布,研究电场对共渗的影响,分析硼、铝的交互作用。 研究发现:交流电场对硼铝共渗的促进程度与渗剂配比有关;当渗剂中铝粉的质量分数低于 3%时,共渗以渗硼为主,共渗层组织主要为表层含铝的锯齿状硼化物,铝促进硼化物生长,在施加交流电场时表现更为显著,当电场电流为 2 A 时,铝的促渗作用在铝粉的质量分数为 2%时达到峰值,渗层厚度约为相应不加铝粉的 3 倍,而当电场电流增至 6 A 时,渗层厚度约为相应不加铝粉的 10 倍, 增加电场电流会增加渗层次表层的硬度;当渗剂中铝粉的质量分数≥3%时,共渗以渗铝为主,渗层组织表现为渗铝特征,但渗层厚度远比相应单一渗铝的薄,交流电场的促渗作用不显著。     

以渗硼为主的交流电场增强粉末法硼铝共渗工艺优化

研究750 ℃时采用不同配比渗剂的以渗硼为主的交流电场增强粉末法硼铝共渗(ACFPBA)特性。通过观测分析渗层组织、相、厚度及沿层深的显微硬度分布,发现铝粉对交流电场增强粉末法硼铝共渗具有促渗作用,促渗效果不仅与渗剂中铝含量有关,还与硼铁含量有关。施加最佳铝粉量,对较低硼铁含量渗剂的促渗效果显著优于对较高硼铁含量的;对硼铁含量较低、在交流电场单一渗硼时获得Fe₂B单相渗层的渗剂,加入≥0.5%铝粉,所得渗层由FeB和Fe₂B双相组成,近表层硬度提高;在其他条件相同时,在含6%硼铁的渗剂中加入1%铝粉,经4 h电场增强共渗,得到约70 μm渗层且硬度曲线分布平缓,而相应单一渗硼的渗层厚度仅约26 μm。     

45钢直流电场增强粉末法硼铝共渗特性

采用不同铝粉含量(0%~1.5%)的硼铝共渗剂对45钢于750 ℃进行直流电场增强粉末法硼铝共渗,并与相应常规渗扩及直流电场增强单一渗硼对比。通过X射线衍射、光学显微镜以及显微硬度测试等方法,观察分析位于直流电场中不同位置试样渗层的相结构、显微组织及硬度分布。结果表明,直流电场对粉末法渗硼、硼铝共渗均有显著促渗作用;直流电场增强渗扩渗层的形成特性不仅与试样位置及渗扩面位向有关,还与渗剂中铝粉含量有关,渗剂中铝粉含量由0增加至1.5%,负极试样面向正极侧与中间试样面向正极侧的渗层厚度先增加后降低,中间试样面向负极侧渗层厚度先缓慢增加然后大幅度增加,正极试样面向负极侧渗层厚度先增后降再增加。铝粉含量为0时,正极试样面向负极侧和中间试样面向负极侧渗层均为“锯齿状”单相Fe₂B,负极试样面向正极侧和中间试样面向正极侧由“锯齿状”FeB+Fe₂B构成。铝含量为0.3%时,各渗层均由双相“锯齿状”(Fe,Al)B和(Fe,Al)₂B构成; 渗层呈“锯齿状”特征时,硬度峰值在1400~1900 HV0.025。当铝粉含量≥0.5%时,由负极向正极,渗层“锯齿状”特征逐渐消失,各试样渗层表层逐步出现KAlF₄、AlF₃及Fe₃Si等相,渗层硬度显著降低,硬度峰值为450~1400 HV0.025。     

以渗铝为主的Q195钢交流电场增强粉末法铝铬共渗特性

在渗铝剂中加入铬粉,对Q195钢在800 ℃进行以渗铝为主的交流电场增强及常规粉末法铝铬共渗。用金相显微观测、X射线衍射分析、显微硬度测试等分析渗层组织、相、厚度及显微硬度沿渗层深度方向的分布。结果表明,相较单一渗铝,添加少量铬粉对常规铝铬共渗层组织和厚度影响不大,但次表层硬度提高;交流电场对单一渗铝和铝铬共渗均有促渗作用,较单一渗铝,添加微量铬粉进一步加快渗速,但对次表层硬度影响不大,随渗剂中铬粉含量增加,渗层厚度先增后减,添加0.1%铬粉时促渗效果最为显著,所得渗层厚约123 μm,而交流电场单一渗铝层厚约50 μm,常规单一渗铝层厚仅约18 μm。     

碳钢表面粉末包埋法渗铝的实验研究

目的 解决粉末包埋渗铝过程中渗剂粘结导致渗铝层表面质量差的问题,在无惰性气体保护气氛中,在Q235钢表面制备出耐高温氧化、耐高温硫化和耐腐蚀的渗铝层。方法 采用粉末包埋渗铝法,通过改变渗剂中填充剂的成分,解决渗剂粘结导致表面质量变差的问题,研究渗铝温度、保温时间对渗层试样表面质量及渗铝层厚度的影响,确定最佳渗铝条件。使用电子显微镜观察渗铝层表面质量并测定渗铝层厚度,采用能谱仪分析渗铝层主要元素分布,采用X射线衍射仪分析渗铝层物相组成,采用显微硬度计检测渗铝层硬度变化。结果 采用成分为15%铝粉+5%氯化铵+75%氧化铝+5%石墨粉的渗剂,在无惰性气体保护下900 ℃保温4 h,获得渗铝层厚度约为370 μm的渗铝试样。渗铝层由外向内依次为铝化物层、过渡层和基体,铝化物层主要含有Al、Fe两种元素,原子百分比保持在7:3左右,主要物相为Fe2Al5,硬度达到896HV0.1,远高于基体硬度。结论 渗剂中添加适量的石墨粉能够改善渗铝层表面质量,增加渗层厚度,过多的石墨粉反而不利于表面质量改善和渗铝层厚度的增长。渗铝层厚度随渗铝温度的升高先增大后减小,与保温时间呈抛物线关系。     

频率对交流电场增强45钢低温粉末法硼铝共渗的影响

通过一对相互平行的平板电极,对45钢试样和渗剂施加交流电场,研究电场频率对750℃以渗硼为主的粉末法硼铝共渗(以下简称硼铝共渗)的影响。以X射线衍射、光学显微观察与显微硬度测试等手段分析共渗层。结果表明:不同频率交流电场均对45钢硼铝共渗进程有显著促进作用,共渗层均由(Fe_(1-x)Al_x) B和(Fe_(1-x)Al_x)2B两相组成;电场电流恒为2 A时,电场频率从50 Hz增大至500 Hz,共渗层厚度先减小,在100 Hz时,共渗层厚度和其中的(Fe_(1-x)Al_x) B相厚度达最小,随后二者又逐渐增加;交流电场除对B、Al原子和含B、Al的活性基团在渗扩件表面的吸附有一定程度的负面作用外,对硼铝共渗过程中其他过程均为正面作用。     

电场频率对45钢交流电场增强粉末法渗硼的影响

在800℃粉末法渗硼过程中对中碳45钢试样和渗剂施加交流电场,研究电场频率对粉末法渗硼的影响规律和作用机制。对渗硼保温过程中试样的温度、渗硼层显微组织、相结构、厚度及显微硬度分布等进行观测分析。结果表明:交流电场使试样温度高于渗硼保温炉温,电场电流恒定时,随频率从20Hz增至400Hz,试样温升先降低后升高,硼化物层及增碳区厚度均先减小后增加;当电场电流为3A时,硼化物层为单相Fe2B;当电场电流≤2A时,随频率增加,硼化物层由FeB+Fe2B双相变为单相Fe2B,渗层表层硬度降低、硬度分布曲线趋于平缓。分析认为,电场频率通过综合影响渗剂反应、活性硼原子及含硼活性基团在试样表面的吸附和试样内原子的扩散来影响渗硼。     

45钢直流电场增强粉末法渗硼层相结构与性能

在粉末渗剂和45钢试样上施加4 A电流的直流电场,于800℃进行直流电场增强渗硼。以X射线衍射、光学显微观察和显微硬度测试等手段,分析位于电场不同位置试样渗硼层的相结构、显微组织、厚度与及显微硬度分布。结果表明:电场渗硼的渗层组织形态基本与常规渗硼的一致,以锯齿状楔入基体,但其相结构、显微硬度分布、厚度等与试样位置有关;朝正极面的渗层一般由Fe B和Fe2B两相组成,渗层较厚且较硬;朝负极面的渗层主要由Fe2B组成,随渗硼时间延长Fe B先增加,后减少至消失;渗硼时间等于及超过2 h,渗层下出现明显的过渡区;渗层厚度与保温时间关系曲线呈抛物线特征。从直流电场对渗剂化学反应、含硼活性基团在气氛中的扩散及硼在试样内扩散的影响等方面进行了分析。     

交流电场对45钢粉末法渗铝的影响

通过设置一对电极,在粉末法渗铝过程中对置于两极间的45钢试样与渗剂施加交流电场,进行交流电场增强粉末法渗铝。通过对渗铝层的生长、组织与相结构特性的观察分析,研究交流电场对45钢粉末法渗铝的影响。结果表明:施加适当的交流电场可以显著促进渗铝过程,促渗作用随电场电流增加而增加;在仅含2%铝粉的渗铝剂中进行电场电流为2 A、保温4 h的渗铝,在500℃即可形成约40μm的渗铝层,在800℃时形成厚约180μm的渗铝层;交流电场能够降低渗铝层表层的含铝量,避免表层形成硬脆富铝相;交流电场粉末法渗铝层在900℃时具有优良的抗氧化性能。分析认为,交流电场的促渗作用与电场对渗铝过程中试样内的扩散、渗剂中的反应与扩散及渗罐内的实际温度等的影响有关。     

低温助渗剂Zn对N80套管钢低温渗铝层组织的影响

选用不同Zn含量配比的包埋渗剂,采用低温粉末包埋法对N80套管钢进行表面渗铝处理,依次对不同渗剂配方下所得到渗层的微观形貌、元素组成和显微硬度进行测试,分析了低温助渗剂Zn对所得渗铝层的影响.结果表明:与渗剂中添加Zn所得渗铝层相比,未添加Zn所得渗铝层均匀、致密,显微硬度较高;渗铝层厚度随Zn含量的改变呈现非线性的变化,当Zn:Al=40∶60(质量比)时,所得渗铝层的厚度可以达到80μm;不同渗剂配比下所得渗铝层主要由Al元素和Fe元素组成,渗层组织从表面向基体方向Al含量呈梯度减少,当渗剂中加入助渗剂Zn后易生成富含低铝相渗层.     

包埋渗剂Al含量对N80套管钢渗层组织和性能的影响

选用不同Al含量配比的渗铝剂,对N80套管钢进行包埋渗铝处理,形成渗铝层。阐述了包埋渗铝过程,并依次表征了不同Al含量渗剂所得渗铝层的金相组织、元素分布、物相组成和显微硬度。结果表明:采用不同Al含量的渗剂在950℃真空条件下可以在N80钢基体表面获得450～650μm厚度连续的渗铝层组织;渗铝层厚度随渗剂中Al含量增加而增厚;渗层组织从表面向基体方向Al含量呈梯度减少;渗剂中Al含量的不同引起渗层的物相变化,10%和20%Al含量的渗剂所得渗层组织为Fe3Al相,35%Al含量的渗剂所得渗层组织为FeAl相;不同Al含量渗剂下所得渗铝试样渗层组织的显微硬度均高于基体,从渗层表面向基体方向延伸,显微硬度逐渐降低趋于平缓。     

铬对交流电场增强粉末法渗硼层组织和性能的影响

在低硼势粉末法渗硼剂中加入适量的铬粉,于750 ℃对45钢进行交流电场增强渗硼,研究Cr对电场增强粉末法渗硼的影响。采用光学显微镜、X射线衍射仪和显微硬度计对渗层组织、厚度、相与显微硬度进行观察和分析。试验结果表明:采用含3%硼铁的渗剂,渗硼层为典型的锯齿状硼化物,主要为Fe₂B相;当渗剂中加入微量铬粉时,最高硬度基本不变,渗层厚度增加,且在铬粉含量为0.2%时达最厚,较不加铬粉的提高约80%,之后降低;当铬粉含量高于3%后,渗层的最高硬度降低;当加入的铬粉≥5%时,渗层表层还出现多种含铬相。     

4Cr5MoSiV1钢硼铝稀土共渗层的组织与性能

通过扫描电镜、能谱分析、X射线衍射分析等方法，对4Cr5MoSiV1钢硼铝稀土共渗层组织与性能进行了研究。结果表明，共渗层主要由FeB相构成，没有发现(Fe，Al)B或(Fe，Al)2B物相；共渗层组织连续致密，具有很高的显微硬度和热硬性。     

TC4钛合金盐浴硼氧共渗剂的成分

通过对TC4钛合金进行盐浴硼氧共渗试验,比较分析几种盐浴硼氧共渗剂。采用扫描电子显微镜(SEM)及其配备的能谱仪(EDS),X射线衍射仪(XRD),观察渗层表面形貌和物相,用维氏硬度计测量渗层表面显微硬度,测试与YG6球在干摩擦磨损条件下的摩擦磨损性能,并采用化学热力学分析盐浴硼氧共渗机理。结果表明单一硼砂型(Na_2B_4O_7)共渗效果不理想,表面组织疏松,显微硬度为584.7HV;硼砂—铝粉型渗层表面组织呈块状和球形颗粒状,主要由TiB_2、TiB_(12)、Ti_2B5_、Ti3Al和TiO_2相组成,表面显微硬度提高了71.5%(631.8HV),有一定的共渗效果;硼砂—碳化硅型渗层表面组织均匀,主要有TiB_(12)、Ti_2B_5、TiB_(25)、TiO_2和TiC相,表面显微硬度提高了84.1%(677.4HV),共渗效果显著;氯化钠—氧化硼—碳化硼型渗层表面组织致密,有团聚现象,主要有TiB、TiB_2、TiB12、TiO_2和TiC相,表面显微硬度提高了80.1%(664.9HV),共渗效果明显。组分盐浴硼氧共渗可以显著改善TC4钛合金的耐磨性能。     

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。     

Q235钢铬铝共渗及耐高温氧化性

为提高Q235钢的耐氧化性和耐蚀性，进行了渗铬和渗铝，在此基础上进行了铬铝共渗。用光学显微镜、透射电镜和电子探针研究了渗层的显微组织、相结构及成分分布．结果表明，渗剂成分为93％Cr、7％Al时，经1100℃×16h共渗后，渗层表面铬、铝含量分别为18％和8．2％；表层组织为（Cr，Fe）23C6＋AlFe3C0.69，里层为α－Fe（Cr，Al），渗层具有较高的耐高温氧化性和抗蚀性。     

Cu基体电镀Ni层表面渗Al组织及其形成机理

以纯Al粉为渗剂、NHCl4作为活化剂、鸡蛋清为粘结剂、Cu基体镀Ni层表面渗Al。研究经800℃保温12 h后的渗铝层的表面形貌、组织、厚度和截面元素分布,分析渗铝过程的机理。结果表明：渗铝处理后Cu-Ni界面结合良好。渗铝层组织为单一的富Al的Ni2Al3金属间化合物。渗铝层厚度为200μm,平均显微硬度HV达到1 100。Al的沉积和运输主要依靠AlCl2完成。     

Q235钢电镀镍渗硼层组织及抗高温氧化性能北大核心CSCD

对Q235钢电镀镍层进行渗硼处理,研究其渗层组织特性及抗高温氧化性能。用扫描电子显微镜（SEM）对镀镍渗硼层横断面进行了显微组织观察,用X射线能谱仪（EDS）分析了渗层不同部位的元素分布。结果表明,渗硼层为Fe2B,Ni4B3和Ni31Si12相,渗层厚度为33~254μm,并随着渗硼温度和渗硼时间的增加而增加。用显微硬度计测试渗层的硬度分布,复合层（硼化物和硅化物层）的硬度值约为1753 HV,硼化物层的硬度值为1645~2003 HV,基体硬度为173 HV。镀镍层与镀镍渗硼层经700℃氧化40 h的高温氧化动力学曲线显示镀镍渗硼层的抗高温氧化性能优于镀镍层,Ni3Si,B2O3和Si O2产物起到提高其抗高温氧化性能的作用。     

Q235钢电镀镍渗硼层组织及抗高温氧化性能

对Q235钢电镀镍层进行渗硼处理,研究其渗层组织特性及抗高温氧化性能。用扫描电子显微镜(SEM)对镀镍渗硼层横断面进行了显微组织观察,用X射线能谱仪(EDS)分析了渗层不同部位的元素分布。结果表明,渗硼层为Fe2B,Ni4B3和Ni31Si12相,渗层厚度为33~254μm,并随着渗硼温度和渗硼时间的增加而增加。用显微硬度计测试渗层的硬度分布,复合层(硼化物和硅化物层)的硬度值约为1753 HV,硼化物层的硬度值为1645~2003 HV,基体硬度为173 HV。镀镍层与镀镍渗硼层经700℃氧化40 h的高温氧化动力学曲线显示镀镍渗硼层的抗高温氧化性能优于镀镍层,Ni3Si,B2O3和Si O2产物起到提高其抗高温氧化性能的作用。     

交流电场对45钢粉末法铝硅共渗的影响

通过一对平行电极对45钢试样与渗剂施加交流电场,进行交流电场增强粉末法铝硅共渗。通过分析对比电场增强粉末法铝硅共渗与常规铝硅共渗渗层的厚度、组织、微区成分、相结构及抗氧化性能,研究电场对45钢粉末法铝硅共渗的作用特性。结果表明:交流电场能够显著促进粉末法铝硅共渗,渗层厚度和硅含量随电场强度增加而增加,渗层相结构也发生相应变化,当渗扩温度≥650℃、电场电流≥0.5 A时,富铝相消失;常规工艺700℃共渗4 h的渗层厚度仅约24μm,但在电流为0.7 A的电场作用下,可获得约100μm厚渗层;900℃循环氧化试验表明,电场铝硅共渗试样的抗氧化性能远高于常规铝硅共渗试样。