微波渗硼扩散行为的分析与研究

测定了T8钢微波扩散渗硼层的厚度δ与渗硼温度及时间的关系,求出了微波渗硼的扩散激活能Q、扩散常数D0和扩散系数D.与常规渗硼相比,微波渗硼的扩散激活能和常规条件下的基本在同一数量级,但扩散常数D0有很大提高,从而有效提高了微波场下渗硼的扩散系数D.利用MATLAB偏微分方程PDE工具箱,计算出微波渗硼过程中的硼的浓度分布和渗层厚度.与实测数据对比,计算出的渗层厚度与实测数据非常吻合,相对误差＜4.05%.     

变形体温度场和位移场的计算

本文用热源法对简单热传导问题进行了解析解的计算，并应用PDE工具箱求解热传导偏微分方程得到数值解。通过两种温度场的计算结果求出相应的位移场结果，比较可知MATLAB中PDE工具箱对难以用解析法求解的热传导问题有一定的指导作用。     

熔盐脉冲电沉积渗硼扩散系数与扩散激活能的研究

选取NaCl-KCl-NaF-Na2B4O7摩尔比为2∶2∶1∶0.04的熔盐通过脉冲电沉积的方法在硅钢表面进行渗硼,通过测定不同沉积温度和沉积时间下的渗硼层厚度,求出熔盐脉冲电沉积渗硼过程中硼的扩散激活能和扩散常数。计算并验证了利用求得的扩散激活能、扩散常数和公式可以准确计算某一温度下熔盐脉冲电沉积过程中硼在硅钢中的扩散系数。与常规渗硼相比,脉冲电沉积渗硼的扩散激活能在数值上与其属于同一数量级,但扩散常数有所提高,进而有效提高了脉冲电沉积渗硼的扩散系数。     

微波场下渗硼介质的温度特性研究

利用渗硼介质吸收微波的特性可实现钢铁表面渗硼层的制备，渗硼介质与微波作用产生的温度特性是影响渗硼层形成最主要的因素。用热电偶精确测定微波场下渗硼介质的温度，采用MATLAB对实验数据进行了曲面插值拟合和分析，结果表明：微波功率（900-3600W）和渗硼剂质量（40-160g）对升温速率和稳定温度有较大影响，且当微波功率为1800W和2700W时，加热温升曲线符合Boltzmann方程；加热过程可以分为开始升温阶段、升温阶段和温度稳定三个阶段。     

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。     

交流电场增强45钢中低温粉末法渗硼特性

通过在粉末法渗硼过程中施加交流电场,对45钢进行中低温粉末法渗硼,研究交流电场增强中低温粉末法渗硼特性.结果表明,位于交流电场平行电极间不同位置处试样渗硼效果一致.施加适当的交流电场,可显著增加中低温(450~800℃)下的渗硼速度,硼化物层厚度与渗硼温度呈线性关系.交流电场增强渗硼渗层的形貌与常规渗硼的相似,呈锯齿状垂直楔入基体,其厚度与渗硼时间关系曲线呈抛物线型.采用交流电场易于获得单一Fe2B相渗层.在800℃渗硼时,交流电场增强渗硼的硼化物层厚度随电场电流增加而增加.交流电场的促渗作用是电场强化试样内的扩散、渗剂中的反应与扩散及提高渗罐内的实际温度等的综合结果.     

基于扩散模型的低中碳钢渗硼动力学研究

为了研究含碳量对低、中碳钢的渗硼动力学的影响,将纯铁、20钢、40钢和50钢分别在850℃、880℃、910℃和940℃保温3 h、5 h、7 h和9 h进行粉末渗硼。采用面积法测量了渗层厚度。以基本的扩散定律和物质守恒定律等为基础建立硼的扩散模型,计算了低中碳钢渗硼过程中硼原子的扩散激活能和扩散系数。结果表明:渗硼层组织为锯齿状;渗层厚度随时间呈抛物线变化;随着钢的含碳量的增加,硼原子的扩散激活能增大,纯铁中硼原子的扩散激活能为151 kJ/mol,20钢中为159 kJ/mol,40钢中为168 kJ/mol,而50钢中为176 kJ/mol。     

铁基渗硼强化粉末冶金材料的性能及渗层生长动力学研究

目的 通过固体粉末渗硼法直接烧结铁基粉末冶金材料,制备具有渗硼层的试样。方法 采用固体渗硼工艺对铁基粉末冶金材料在1123、1223、1323 K温度下渗硼处理3、5、7、10 h,采用光学显微镜及扫描电镜（SEM）观察了渗硼层的形貌,测定了渗硼层的厚度。用X射线衍射仪分析了渗硼层的物相组成,用摩擦磨损试验评估渗硼层的耐磨性,采用Rockwell-C粘附性试验评估渗硼层与基体的粘合强度质量。对渗层的生长动力学曲线进行拟合,得出渗层动力学曲线和厚度等值线图。结果 试样的渗硼层厚度为35~ 183 μm,1323 K条件下获得双相渗硼层（Fe2B+FeB）,1123 K及1223 K条件下获得单相渗硼层Fe2B。试样在1223 K温度下渗硼处理5 h获得的渗硼层的耐磨性最佳,其粘合强度质量根据规范通过HF3等级认可。该试验中B元素的扩散激活能为164 kJ/mol。结论 烧结温度和渗硼时间与渗层厚度关系密切,渗硼时间与渗层厚度的关系呈现出抛物线关系。厚度值的平方与渗硼时间符合阿瑞纽斯（Arrhenius）公式呈线性关系。渗硼层的显微硬度显著高于基体硬度,随时间的增加,渗层中出现较多的孔洞与疏松,渗硼层形状由明显的梳齿状逐渐变成不太明显的梳齿状,此情况在高温下更加明显。     

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。     

20钢包埋粉末渗硼层的组织及耐蚀性能研究

研究了20钢在不同渗硼温度和不同渗硼时间下对渗硼层组织和性能的影响。用金相显微镜和扫描电镜观察了渗硼层的形貌,测定了渗硼层的厚度;用维氏硬度计测定了渗硼层的硬度;用纳米压痕仪测定了渗硼层不同深度的硬度;评定了渗硼层与基体的结合力;采用X射线衍射仪分析了渗硼层的物相组成;在不同溶液中进行了渗硼层耐蚀性试验。结果表明:渗硼层厚度均匀,呈齿状结构,与基体结合牢固,渗硼层主要由Fe_2B组成。在860℃下保温不同时间,渗硼层的厚度随时间的增长而增大;在不同温度下保温5h时,渗硼层的厚度随温度的升高而逐渐增大。渗硼层表层硬度稍低,然后升高达到最大值,在渗层与过渡区的交界处急剧下降。除HNO_3外,渗硼处理后的试样在HCl、H_2SO_4、NaCl和NaOH溶液中的耐蚀性均比未渗硼的试样好。     

Modeling silicon and aluminum diffusion in electrical steel

High silicon (Si) and aluminum (Al) electrical steel with improved magnetic properties can be produced by hot dipping in a molten Al-25 wt.% Si bath followed by diffusion annealing. The hot dipping deposits a Si-rich layer on top of the substrate, which is subsequently diffused into the bulk at high temperatures. The final properties of the material depend on the resulting concentration profiles, therefore a model capable of simulating the Si and Al diffusion is required. The first steps toward such a model are presented. The lack of knowledge of the ternary interdiffusion coefficients for the Al-Si-Fe system is overcome by reducing the coupled system of diffusion equations to a single partial differential equation (PDE), utilizing the diffusion path. Then by using a Levenberg-Marquardt inverse method, the apparent diffusion along this path can be determined. The direct problem was solved by a second-order space discretization, reducing the diffusion equation to a nonlinear system of ordinary differential equations (ODEs), which consequently can be solved with standard procedures for ODE.     

Characterization of borided pure molybdenum under controlled atmosphere

In this study, the structural characterization and boriding kinetics of the molybdenum borides formed on the surface of borided pure molybdenum (Mo) have been investigated. Boronizing was carried out in solid medium with boron component forming Ekabor ® 2 (90% SiC, 5% KBF₄, 5%B₄C) powders at 1273 K, 1373 K for 2, 4, 6, 8 hours under a controlled atmosphere containing argon gas flow. The boride layer was characterized by the scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction analysis (XRD), Energy dispersive spectroscopy (EDS) and Vickers microhardness tester. X-ray diffraction analysis showed that the boride layers on molybdenum consisted of MoB and Mo₂B phases. However, the MoB phase was observed at certain boriding temperature and boriding times. The thickness of boronized layers almost ranged from 12 to 42.5 μm with boriding time. A parabolic relationship was observed between boride layer thickness and boriding time. The growth rate constant and activation energy for the boride layer were calculated. The hardness of borides compounds formed on the surface of molybdenum ranged from 925 to 1150 HV_0.05, whereas the hardness of the untreated molybdenum sample was 258 HV_0.05.     

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。     

Mathematical modeling and numerical simulation of the formation and growth of a two-phase layer during diffusion in ternary system

A system of partial differential equations was derived to describe diffusion in the two-phase region of a ternary alloy by assuming that the mixture concentration in an infinitesimally small volume can be changed by external fluxes over the boundaries of this volume. A numerical procedure was developed for solving the system of partial differential equation (PDE) and treating the problem with the moving boundaries between various single-phase or two-phase layers. The mathematical model was applied for numerical simulation of the formation and growth of the single-phase and two-phase layers, developed in ternary alloy specimen, through diffusion from the surface to the core.     

2205双相不锈钢包埋粉末渗硼性能研究

目的 提高2205双相不锈钢的硬度和耐蚀性能.方法 2205双相不锈钢采用固体包埋粉末渗硼,于马沸炉中分别在830、860、890℃下保温5 h;在860℃下保温3、5、7 h,随炉冷却到室温.用金相显微镜、扫描电镜观察渗硼层的形貌和测定渗硼层的厚度,用维氏硬度计测定渗硼层的硬度,用纳米压痕仪测定渗硼层不同深度的硬度,用X射线衍射仪分析渗硼层的物相组成,评定渗硼层与基体的结合力,做不同介质下耐蚀性对比试验.结果 渗硼层与基体结合牢固,破坏等级评为一级,渗硼层主要由Fe2 B单相组成.在860℃下保温不同时间,渗硼层的厚度及硬度均随时间的增长而逐渐增大;在不同温度下保温5 h时,渗硼层的厚度及硬度随温度的升高而逐渐增大.渗硼后试样在质量分数都为10%的HCl和NaCl溶液中耐蚀性提高,在质量分数均为10%的H2 SO4、NaOH和HNO3溶液中耐蚀性变差.结论 固体粉末包埋法渗硼工艺改善了2205双相不锈钢的表面组织和性能,有效提高了其硬度及耐蚀性.     

Fe—Ni合金镀层渗硼工艺研究

通过在不同材料上电镀铁-镍合金,然后进行渗硼处理,寻求在难以直接渗硼强化的材料上应用硼化物强化的方法;分析了电镀层上渗硼组织形态与镀层镍含量的关系,通过电镀与渗硼的反复应用,获得极大厚度的单相硬化,层。     

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。