铸铁件硼化物耐磨复合材料表面层的制备及应用

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渗硼热处理

渗硼热处理
渗硼热处理（boronizing）是一种通过在金属材料表面形成硼
化物层来提高其硬度和耐磨性的热处理方法。

渗硼可以在高温下进行，可以用于钢、铁、铝和钛等金属材料。

渗硼热处理的过程通常包括以下步骤：
1. 清洗预处理：将待处理的金属件清洗干净，以去除表面的污垢和氧化物。

2. 表面活化：使用酸洗或喷砂等方法，增加金属表面的粗糙度，以提高渗透性。

3. 渗硼处理：将金属件与含有硼的渗透剂一起加热到高温。

在高温下，硼会与金属表面的活性元素发生反应，形成硼化物层。

这个过程可以在气氛中（气体中含有硼化剂）或封闭的容器中进行（容器内含有硼化剂）。

4. 冷却处理：金属件在渗硼处理后，需要通过淬火或慢冷来使硼化物层固化。

5. 清洗后处理：将金属件清洗干净，以去除渗透剂和其它残留物。

渗硼热处理可以显著提高金属材料表面的硬度和耐磨性，并且硼化物层在高温下具有较好的稳定性。

这种处理方法常用于汽车发动机部件、刀具和滚动轴承等应用领域。

复合材料在居室中的应用

芳族聚酰胺
轻量
耐热性
氧化铝纤维
延伸与石墨纤维韧性氧化铝纤维
混凝土
聚酰亚硝胺
石膏
金属
定向凝固共晶陶瓷
自增强塑料石墨
功能化
碳化硅纤维
功能复合材料扩散接合表面处理 CVD(化学气相沉积) CVI(化学气相渗透)
CIP, HIP
晶须
• 随着“低碳经济”、“低碳生活”等一系列的前沿概念逐渐走进寻常百姓视野，改性的木塑复合材料、生物复合材料、高分子材料也正广泛地应用到居室家具及装饰装修中。
复合材料之家
• 木杆时代的撑杆跳成绩只有3．30 米，1905年用竹竿达到4．77米，
• 1930年用金属杆提高到4．80米，但真正的突破还是在1985年，后来被誉为“撑杆跳高沙皇”的布勃卡，借助一种用玻璃纤维、合成树脂以及超柔软、超强度纤维混合制成的现代化撑杆，使撑杆跳一举突破6米大关。
装饰装修
门窗
复合材料
家居
在居室中的应用
卫生洁具
三夹板
• 由薄木板胶合而成，各层的木纹（纤维）方向互相交错，因此特别坚固，不易破裂。常用于制造家具和装饰。
钢筋混凝土
• 是建筑的基本材料。 • 钢筋混凝土大体上是混凝土（沙砾、碎石、
水泥混合而成）嵌进钢又硬又脆，一敲即碎，在其中嵌入薄金属箔可以得到强化玻璃。有时候玻璃纤维也嵌在塑料里，称为玻璃纤维强化塑料。快艇艇身就是用这种材料制成的。
• 如今的每一根撑杆都专门根据使用者的体重和身高设计，由三层玻璃纤维和树脂灌注的碳纤维布制成。经过加热，这些东西就形成一种轻型复合材料，外层决定着它的强度，两个内层决定着它的力量和柔韧性。

铁基耐磨复合材料研制资料

铁基耐磨复合材料研制0前言随着现代工业的迅速发展，在全球面临资源、能源与环境严峻挑战的今天，摩擦学在节能、节材、环保以及支撑和保障高新科技的发展中发挥了不可替代的作用。

对机械产品的性能要求越来越高。

很多机械零部件要在高温、高压、高速或高度自动化的条件下长期稳定地工作，因而对材料的性能提出很高的要求。

机件表面由于长期的工作会发生不同程度的磨损和腐蚀，表面的磨损和腐蚀不仅影响机件的正常工作运行，而且不利于工件的维护和保养。

由于磨损所造成的损失十分惊人，据统计，机械零件的失效主要有磨损、断裂和腐蚀三种形式，而磨损失效却占60%—80%，因此磨损问题引起人们高度重视，为有效的防止机件表面的磨损和腐蚀，目前一般采用表面防护措施延缓和控制表面的破坏。

因而研究磨损机理和提高耐磨性的措施，将有效地节约材料和能量，提高机械装备的使用性能，延长使用寿命，减少维修费用，以降低由于磨损造成的损失，这对于国民经济建设的发展是一件具有重要意义的工作。

1复合材料复合材料(Composite materials)，是以一种材料为基体(Matrix)，另一种材料为增强体(reinforcement)组合而成的材料。

各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。

金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。

非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。

增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。

composite由两个或多个不同物理相组成的一种固体材料。

复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域，复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。

复合材料的特点主要体现在以下两个方面：其一是各组员在性能上有“协同作用”，它不仅能保持原各组分的优点。

氮化硼薄膜的制备及应用研究

氮化硼薄膜的制备及应用研究氮化硼薄膜是一种重要的硬质材料，具有很高的硬度、强度和耐磨性，被广泛应用于刀具、轴承、涂层等领域。

本文将介绍氮化硼薄膜的制备技术及相关应用研究。

1. 氮化硼薄膜的制备技术氮化硼薄膜的制备技术主要有物理气相沉积法、化学气相沉积法、离子束辅助沉积法、磁控溅射法等。

其中，磁控溅射法是制备氮化硼薄膜的主要方法。

磁控溅射法是利用高能离子轰击靶材，在真空环境下，将靶材表面的原子溅射到基板上，形成膜层。

氮化硼薄膜的制备主要分为直流磁控溅射法和射频磁控溅射法两种。

直流磁控溅射法的工艺成熟，但质量不稳定；射频磁控溅射法则可以得到高质量、均匀性好的氮化硼薄膜，但设备成本较高。

在制备氮化硼薄膜时，可以通过控制气体流量、溅射功率、基板温度等参数，来改善薄膜质量和性能。

2. 氮化硼薄膜的应用研究氮化硼薄膜具有很高的硬度和耐磨性，因此被广泛应用于刀具、轴承、涂层等领域。

2.1 刀具氮化硼薄膜可以提高刀具的硬度和耐磨性，使刀具寿命得到有效延长。

研究表明，在不同切削条件下，氮化硼薄膜镀层的刀具寿命比未镀层的刀具分别提高了30~50倍和3~10倍。

2.2 轴承氮化硼薄膜可以提高轴承的硬度和抗磨性，使轴承寿命得到有效延长。

研究表明，氮化硼薄膜涂层的轴承在高温、高压、高速等苛刻环境下，具有更好的抗磨性和稳定性。

2.3 涂层氮化硼薄膜可以作为涂层，提高材料的表面硬度和防护性能。

研究表明，氮化硼薄膜具有良好的耐腐蚀性、耐磨性和耐高温性，可以用于防腐、防磨、防氧化等方面。

总结氮化硼薄膜是一种重要的硬质材料，具有很高的硬度、强度和耐磨性，广泛应用于刀具、轴承、涂层等领域。

在制备氮化硼薄膜时，磁控溅射法是最常用的方法。

未来，随着科学技术的不断发展，氮化硼薄膜的应用领域将会更加广泛。

耐磨高硼合金制备及两体磨损性能测试

耐磨铁硼合金制备及两体磨损性能测试1、实验目的1)了解高硼合金熔炼方法。

2)观察高硼合金室温组织，依据相图分析其凝固过程中的组织转变。

3)了解两体磨损试验原理。

4)了解高硼合金两体磨损特性。

2、实验概述1）合金熔炼合金原料在中频感应电炉内熔炼，采用二氧化硅酸性炉衬。

使用的原材料有：废钢、纯铁、硼铁、硅铁、锰铁、低铬铁。

在每次熔炼之前要进行洗炉以保证所配成分的准确可靠，在熔炼结束时采用插铝脱氧。

熔炼过程中，钢液出炉温度控制在1600℃~1620℃，浇注温度控制在1460℃~1480℃，砂型在浇注前至少在300℃烘烤8h。

同时熔体尽可能不在空气中停留，以减少钢液的氧化，提高硼的收得率。

实际熔炼时的操作步骤为：先加入废钢和难熔的纯铁，待扒渣熔清后加入铬铁，锰铁，硅铁，一次脱氧后按照设计成分调整钢水成分，然后倒出钢液，将硼铁放置于炉底再倒回钢液，经熔清扒渣后进行二次脱氧，最后出钢水。

浇铸完毕后，在铸型表面覆盖一层珍珠盐作为保护剂，使得熔体凝固速度较慢，补缩充分，搁置10个小时左右待充分冷却后，进行清砂得到所需试样。

高硼合金的成分设计如表1，浇铸试样尺寸如图1所示。

表1高硼合金成分/ wt%元素 C B Mn Cr Si P S Fe成分设计0.5 2.0% 1.0 1.0 0.8 <0.05 <0.05 余量金相及硬度测试位置两体磨损试样切取位置图1试样尺寸（mm）2) 铁硼合金相图及凝固过程高硼合金的设计思想主要体现在两个方面：一是以高硬度的共晶硼化物为硬质耐磨相；二是以强韧板条马氏体为基体。

耐磨相的改变是其与传统白口铸铁最根本的区别。

首先，对Fe-B相图进行分析，如图2所示，以2.0 wt% 硼含量为例，当熔体温度低于液相线时，γ-Fe首先从液相中析出。

在1149℃，硼在γ-Fe中的极限溶解度为0.02%，并发生共晶反应L→γ-Fe+Fe2B。

此时合金中存在γ-Fe及Fe2B相。

在910℃时，硼在α-Fe 中的溶解度（0.0081%）比γ-Fe（0.0021%）中大的多，发生包析转变，即γ-Fe+Fe2B→α-Fe。

45钢表面渗硼的工艺研究

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料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能[3]。
1.2.3 金属热处理的分类金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据
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备高强耐磨表层的最佳方法之一[7]。然而，当前渗硼还存在一些问题，主要表现在渗硼工艺不够完善、渗层高脆性、零件变性后难以修复、渗剂价格昂贵等方面。
1.3.2 渗硼的工艺渗硼有固体渗硼、硼砂熔盐渗硼、膏剂渗硼、及电解渗硼等。（一）固体渗硼：固体渗硼采用固体或粉末状渗剂，不需要专门设备，但劳动条件
具有较高强度的工件。渗硼效率低，渗层较薄。用于要求耐磨性、热硬性且基体具有高强度的工模具，可较大幅度
地提高使用寿命。
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1.3.6 渗硼后的热处理（一）钢的淬火
所谓淬火就是将钢加热到 Ac3（亚共析钢）或 Ac1 (过共析钢)以上 30～50℃，保温后放入各种不同的冷却介质中（ V 冷应大于 V 临），以获得马氏体组织。碳钢经淬火后的组织由马氏体及一定数量的残余奥氏体所组成。
Q235、20
45、40Cr T8,T10,GCr15,5CrNiMo,5CrMnMo 3Cr2W8V,9Mn2v,Cr12,Cr12MoV
渗硼效率高，易获得单相 Fe2B 层，硼化物呈梳齿状，与基体结合力强。适用对基体强度要
求不高的耐磨或抗蚀件。渗硼效率中等，可获得齿状硼化物，耐磨性好，与基体结合牢固。适于要求表面耐磨，基体又
较差，渗硼后无法直接淬火，渗剂消耗较大。固体渗硼剂一般分为 B4C 型、B- Fe 型和硼砂型[8]。

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摘要：采用铸造表面合令化丁艺，Ｈ２０号的铸铁件表面形成以硼化物为主、在Ｔ０牌弥散分布着高碳铬铁增强颗粒的合金硬化层。分析认为：金粉剂的组分含量及粒度、合浇注温度等是影响复合材料层质量的主要因素；高碳铬铁颗粒均匀分布于硼化物基体上，使硼化物的增强效果良好、脆性降低、硬度悌度变缓。关键词：铸铁件；表而合金化；硼化物
ａｌｙａｄｅｉｇｌｙｒｗｈｉｈｃｎｓｓｅｆｂｏｉｓｎｉｏｌｏｅｎｄｄｉｐｅｓｖｙｄｓｒｂｉｇｈｉｈｃｒｎｆｒｏｃｏｆｕｍｌｏｅｄｈｒｎｎａｅｃｏｉｔｄｏｒｄｅａｍｎｅｎｐｎｎｔａｓｒｉｅｌｉｔｉｕｔｎｇａｂｏｅｒｈｒｎｉ
ｐｗｄｒｍｉｔｅｏｕｉｅｐｒｔｅｌ．ｗｅｅｔｌｌａｔｒｎｆｎｉｇｔｅｑｌｌｆｔｏｐｓｔｌｙｒｈｎｉｒｄｙｏｅｘｕｒ，ｐｒｎｇｔｍｅａｕｒ，ｅｃｒｈｅｎａｎｆｃｏｓｉｌｕｅｅｎｈｕａｉＹｏｈｅｃｍｏｉｅａｅ；ｔｅｕｆｎｏｄｓｒｂｔｎｇｏｈｇａｂｏｅｒｅｏｕｍｒｉｌｓｉｈｅｂｒｄｍｔｉ，ｐｒｎｔｈａｈｅｎｍｒｎｆｅｔｏｏｉｅｗａｉｔｉｕｉｆｔｅｈｉｈｃｒｎｆｒｏｈｒｍｉｐａｔｅｎｔｏｉｅｎｒｘｃｏｍｅｄｔｔｔｅｒｉｆｉｇｅｆｃｆｂｒｄｓｌｇｏ，ｉｓｂｒｔｌｎｅｓｗａｅｕｃ，ａａｄｎｓｒｄｉｎｅａｅｓｏｒｏｄｔｉｅｓｓｒｄｅｄｎｄｈｒｅｓｇａｅｔｂｃｍｌｗｅ．ｔａｌｙｎ；ｂｏｉｅｕｆｃｌｏｉｇｒｄ
ＰｒｐａａｉｎａｅｒｔｏｎｄＡｐｐｌｔｏｎｏｆＢｏｒｄｅ — ｉｉｃａｉ —ＣｏｎｔｉｎｇＷｅｒ — ｓｓａｍｐｉｅＳｆｃａｎｉａ —ＲｅｉｔｎｔＣｏｏｓｔｕｒａｅＬａｙｒｏｒｓｉｅｆＩｏｎＣａｔｎｇ
Ｋｏｅ；．ｌｇｆＡｎｍａｃｅｃｎｃｎｌｇ，ｈｎｏｇＡｇｉｕｔｒｌＵｉｅ’ｔ，ａ ’ｎ２１１，ｉａｒａ３ＣｏｌｅｏｉｌｉｎｅａｄＴｅｈｏｏｙＳａｄｎｒｅｌａｎｖｌｉＴｉａ７０８Ｃｈｎ）ｅＳｕｓｙ
ＡｂｔａｔＴｅｃｓｉｇｓｒｃｌｙｎｒｃｓａｄｐｅｏｐｅａｅｏｈｕｆｃｆｇａｒｎ【２０ｇａｅａｔｇａｓｒｃ：ｈａｔｕａｅａｌｉｇｐｏｅｓｗｓａｏｔｄｔｒｐｒｎｔｅｓｒｅｏｒｙｉｏｎｆｏａＨＴ０ｒｄ）ｃｓｉｎｎ
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ａｅｎｍ＇ｎａｔｌｓＩｗｓｃｎｉｅ’ ａｅｉｔｅａａｙｉｔａｈｎｒｄｅｔｐｏｏｔｎａｄｇａｎｓｚｔｔｅａｌｙｓｒｉｆｅｇｐｒｃｅ．ｔａｏｓｄｉｄｂｓｄＯｌｈｎｌｓｓｈｔｔｅｉｇｅｉｎｓｒｐｒｉｎｒｉｉｏｈｌｉｉｅｏｅｏ
ＭａｒｌＳｉｎｅ＆ＥｇｅｒｇＰｈｎｌｖｒｔｏＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｙＳｎ３，ｏａｄｎ，ｏａｇ７０７４ｔｉｓｃｅｃｅａｎｉｅｎ，ｏａｇＵｆｅｓｙｆｃｅｃｎｅｈｏｏ，ａＨｙｊ— ｏｇＰｈｎ９ — ８，ｎｉｉｉｇ１
中图分类号：Ｇ５．Ｔ２１２文献标识码：Ａ文章编号：０３８４（００）５０４ — ４ｌ０ — ３５２１０ — ０００
ＤＯ：０３６／ｉｎ１０ — ３５２１．．６Ｉ１．９９．ｓ．３８４．０５０ｊｓ００００
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铸铁件硼化物耐磨复合材料表面层的制备及应用
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