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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 半連不銹鋼 04 的等離子膏劑滲硼處理 1、概述 金近年來(lái)， 對(duì)表面處理工藝的發(fā)展已在廣泛的研究，以改善不銹鋼在高溫高壓應(yīng)用下的磨損和抗氧 化性能。不銹鋼可用的表面處理方法包括氮化，滲碳，等離子涂層，滲硼。特別是，滲硼是通過(guò)滲透和擴(kuò)散硼到表面形成硼化物層（硬度（ 1300 至 2100 之間）的表面處理方法。硼化物層也有出色的耐熱性和抗腐蝕性，并且滲硼已應(yīng)用于改善閥門(mén)，燃燒器，噴嘴等的表面性能，當(dāng)它們?cè)诟邷馗邏合卤┞对谒陀椭袝r(shí)。 然而，最近經(jīng)過(guò)改良的滲硼工藝如等離子滲過(guò)程已經(jīng)廣泛的研究，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的滲硼工藝，如正式鹽浴滲硼和氣體滲硼會(huì)出現(xiàn)如環(huán)境污染，毒性，爆炸性性質(zhì)等問(wèn)題。 等離子滲硼擁有許多優(yōu)勢(shì)比傳統(tǒng)的滲硼工藝。例如，一個(gè)高能源效率期望作為一 種等離子高能量的來(lái)源被利用在等離子滲硼過(guò)程中，而且變形可以被盡量減少，因?yàn)榧庸囟认鄬?duì)低于傳統(tǒng)工藝。然而，等離子滲硼進(jìn)程也有其自身的局限。 體被用來(lái)作為硼源氣體，但這些氣體相對(duì)昂貴，而且有毒，有爆炸性。在真空室中通過(guò)硼氯腐蝕是另一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題對(duì)等離子滲硼來(lái)說(shuō)。 在這項(xiàng)研究中，作為發(fā)展一種解決上述提到問(wèn)題的滲硼工藝的多中嘗試中的一種，涉及到用無(wú)定形硼和硼砂（ 劑的一種簡(jiǎn)單處理的等離子膏劑滲硼法已經(jīng)被設(shè)計(jì)，最佳的等離子膏劑滲硼工藝條件已經(jīng)進(jìn)行了調(diào)查，由此法形成的硼化物層已有一定特點(diǎn)。 2、實(shí)驗(yàn)方法 本實(shí) 銹鋼標(biāo)本（直徑 15 毫米，厚度， 米）被用于此次試驗(yàn)。砂紙（＃ 1200 級(jí)）拋光標(biāo)本試樣表面后，干凈脫污后的標(biāo)本被帶入實(shí)驗(yàn)室，在 圍中對(duì)標(biāo)本進(jìn)行濺射清洗是首先要進(jìn)行的。在 2： 1）的氣體環(huán)境中，用不同配比的硼和硼砂的混合物做滲硼劑的等離子滲硼處理開(kāi)始了，要在 1023， 1073， 1123， 1173和 1223 K 幾個(gè)不同溫度下加熱長(zhǎng)達(dá) 7 個(gè)小時(shí)。用顯微掃描電鏡（日立 5究它的微觀結(jié)構(gòu)，在 20 千伏加速電壓下做了電子探針?lè)治觥＞S氏硬度測(cè)定使用了 斤力負(fù)荷，采用 7 個(gè)讀數(shù)的平均值。 線衍射儀被用于 X 射線衍射分析。等離子膏劑滲硼用的器具和其他試驗(yàn)的細(xì)節(jié)在參考文獻(xiàn)中用描述 。 3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論 劑混合物的比例對(duì)硼化物層形成的影響 he of of of 圖 1. 不同配比的無(wú)定形硼和硼砂的混合物對(duì)硼化物層厚度的影響 圖 示了用不同比例的膏劑滲硼在 1123 K 溫度下保溫 時(shí)后硼化物層的厚度。觀察了用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 20%和 70%的硼砂形成的厚硼化物層。而用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 100%的無(wú)定形硼形成的任何可測(cè)量厚度的硼化物層沒(méi)有被觀察到，這可能歸因于在等離子滲硼期間由于無(wú)定形硼的高熔點(diǎn)造成的用于表面擴(kuò)散的活性硼的缺少。 當(dāng)硼砂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到 20%時(shí)，活躍形成的滲硼層被觀察。在滲硼期間，硼原子，通過(guò)膏劑中的硼的氫化物（ 分解產(chǎn)生的，而且這個(gè)硼原子 成熔融的硼砂或輝光放電里活躍的硼原子 B+1。最后，這個(gè)硼原子， B+1，擴(kuò)散，和鐵反應(yīng)，然后形成 硼化物 層 。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 30%的硼和 70%的硼砂的膏劑形成的硼化物層也被觀察，這可能歸因于有效的液態(tài)電解機(jī)制，當(dāng)隨著膏劑中硼砂數(shù)量的增加，熔融硼砂的流動(dòng)性增加的時(shí)候。 此外，用質(zhì)量分?jǐn)?shù) 40 和 55%的膏劑，滲硼時(shí)比較慢速率被觀察，正如圖 1 所示。據(jù)推測(cè)，對(duì)包括氣體，電解，液體非電解等在內(nèi)各種滲硼機(jī)制來(lái)說(shuō)，活躍在這個(gè)成分范圍內(nèi)將是困難的，由于一些原因，因此需要進(jìn)一步調(diào)查研究。 圖 1 中不銹鋼硼化物層的厚度低于溫和的碳素鋼，這證實(shí)了以前報(bào)告過(guò)的結(jié)果 [7,8]。這不僅是因?yàn)樵诓讳P鋼的表面有一個(gè)防護(hù)層，而且在鉻，鎳等硼化物的表面 也有防護(hù)層，它們形成與晶界，從而阻止了硼的擴(kuò)散 [7,8]。也有人指出，由于硼的數(shù)量的增加，膏劑變得過(guò)量，粘著在標(biāo)本的表面當(dāng)?shù)入x子膏劑滲硼開(kāi)始后，導(dǎo)致這膏劑的回收率非常低?？紤]到硼元素的高成本，因此推斷出等離子膏劑滲硼用的最佳膏劑成分是質(zhì)量分?jǐn)?shù) 30%的無(wú)定形硼和 70%的硼砂。 度和時(shí)間對(duì)滲硼層形成率的影響 2. on of 圖 2 滲硼溫度和時(shí)間之間的關(guān)系對(duì)硼化物層深度的影響 圖 2 顯示了滲硼溫度和時(shí)間對(duì)硼化物層深度的影響。根據(jù)拋物線原理，隨著滲硼時(shí)間和溫度的增加，硼化物層的深度也跟著增加。這表明硼化物層的形成率變的緩慢了隨著滲硼時(shí)間的增加。這可以用這樣一個(gè)事實(shí)解釋：形成于表面的硼化物層的下面的富鎳層和富鉻層扮演了擴(kuò)散屏障的角色，抑制活性硼擴(kuò)散。進(jìn)一步的解釋將在文章后面給出。 面硬度分布的變化 3. 04 173 K. 圖 3. 銹鋼在 1173K 下硼化時(shí)，不同時(shí)間的硬度曲線 等離子滲硼標(biāo)本在 1023， 1073， 1123K，保溫 7 個(gè)小時(shí)得到的硼化物層厚度不能被測(cè)量，它們的硬度測(cè)量也是不可能的。在 1173 和 1223K 溫度下等離子滲硼，無(wú)論如何，形成了 30～ 40 微米厚的硼化物層；對(duì)等離子滲硼標(biāo)本在 1223K 保持 7 小時(shí)后的截面硬度測(cè)量結(jié)果總結(jié)在圖 3 上。在等離子滲硼 7 小時(shí)后的標(biāo)本上發(fā)現(xiàn)了最大深度為 45 微米的滲層，和最高硬度為 1800～ 2000 的滲層。 面硼化物層的微觀結(jié)構(gòu) 和成分分析 4. of 圖 對(duì) 銹鋼在 1023～ 1223K 處理 3， 5， 7 個(gè)小時(shí)的滲硼層的截面微觀結(jié)構(gòu)檢查研究后，發(fā)現(xiàn)隨著滲硼溫度和時(shí)間的增長(zhǎng)， 硼化物層 厚度也跟著增長(zhǎng)。在滲硼碳鋼中能正常觀察到的齒狀結(jié)構(gòu)在滲硼不銹鋼中觀察不到。相反，如圖 4 所示，在 1173K 滲硼3 小時(shí)后的不銹鋼硼化物層中出現(xiàn)了扁平結(jié)構(gòu)。 等離子滲硼標(biāo)本的截面微結(jié)構(gòu)顯示了一層硼化物層，富鎳層，富鉻層，還有基體，和其他研究者觀察的結(jié)果 一致。用電子探針對(duì)圖 4 的每個(gè)區(qū)域進(jìn)行成分分析。結(jié)果顯示硼化物層含大約質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 4 的鎳，基體還有大約 鎳。這解釋了在硼化物層下的富鎳層的形成。在等離子滲硼期間，當(dāng)硼化物層中過(guò)量的鎳需要擴(kuò)散到基體時(shí)，富鎳層在硼化物層和基體之間形成。另外，觀察圖 4 中在富鎳層下的富鉻層（大約質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的鉻）。根據(jù)目前用電子探針對(duì)硼的線性分析，在等離子滲硼期間，觀察到硼化物層有高度的硼集中現(xiàn)象，富鉻區(qū)硼的高度集中也被探測(cè)到，這表明在這個(gè)區(qū)域有大量的鉻硼化物形成。 此外， 察了硼化物層中的小氣孔和用氯化硼， 氫氣對(duì)純鐵滲硼形成的硼化物層中相似的氣孔。由于這些氣孔對(duì)滲層的機(jī)械性能是不利的，所以大量的判斷這些氣孔形成機(jī)制的研究已經(jīng)進(jìn)行。迄今為止，硼在硼化物層中的異構(gòu)分布被普遍認(rèn)為是硼化物層中氣孔形成的主要原因。據(jù)報(bào)道，擴(kuò)散退火處理時(shí)有效去除滲層氣孔的方法。 . 4、結(jié)論 （ 1）對(duì) 銹鋼的等離子膏劑滲硼來(lái)說(shuō)，形成硼化物層的最有效、最經(jīng)濟(jì)的膏劑配比是質(zhì)量分?jǐn)?shù) 30%的無(wú)定形硼和 70%的硼砂。 （ 2）用等離子膏劑滲硼法，可以比傳統(tǒng)的熱擴(kuò)散滲硼法在一個(gè)較短時(shí)間和較低溫度下，得到扁平結(jié)構(gòu)的厚硼化物層。 （ 3）用等 離子膏劑滲硼的 銹鋼的微觀結(jié)構(gòu)由遠(yuǎn)及近分別是硼化物層，富鎳層，富鉻層，基體等。在滲硼過(guò)程中，含低溶解度鎳的硼化物層形成在表面，過(guò)量的鎳通過(guò)擴(kuò)散在硼化物層下面形成富鎳層。 素中的一些進(jìn)入硼化物層，另一些擴(kuò)散到基體，從而在富鎳層和基體之間形成富鉻層。 （ 4） 銹鋼形成硼化物層的活化能是 123 千焦每摩爾，這是明顯低于傳統(tǒng)熱擴(kuò)散滲硼法測(cè)到的數(shù)據(jù)的。