镍对渗硼层组织和性能的影响

作     者：熊成 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邱万奇;莫东强

授予年度：2018年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：固体渗硼 氮气保护 电镀镍 热处理 扩散 镍粉 硼化镍 

摘      要：钢经渗硼后能获得高温硬度高,耐磨损,抗腐蚀和抗高温氧化等性能优越的渗硼层,具有广阔的应用前景。然而渗硼层脆性大,抗冲击和热疲劳性能差,渗硼后表层存在疏松层,降低表层硬度和耐磨性。提高钢铁渗硼层韧性能并减降低表层疏松是学者对渗硼研究的主要目标。本文采用保护性气氛渗硼,在碳化硼渗硼剂中添加镍对渗硼层相组织结构和表层疏松的影响进行了研究,结果如下:通过在氮气保护下,以碳化硼为主供硼剂,镍硼粉末为辅助渗剂,氟硼酸钾为活化剂,氧化铝为填充剂,以及少量的活性炭进行渗硼实验,在920℃,6 h的情况下获得62μm单一FeB相渗层,渗硼层硬度值为1538 HV,同时表面疏松明显减少。随后改变渗硼温度和时间,发现氮气保护和镍硼粉末的加入可以减少渗硼层的疏松,改善表面质量。经计算渗层的断裂韧性值为3.2 MPa·m。在基体上电镀镍并经920℃,4 h扩散退火后得到14.5μm的镀镍层。采用最佳配方和工艺参数在氮气保护下获得由NiB和(Fe,Ni)B、FeB相及γ-(Fe,Ni)相组成的镀镍渗硼层;由于柯肯达尔效应渗层表面存在一定的孔洞硬度降低,同时γ-(Fe,Ni)相的存在提高了渗层的韧性。通过淬回火后镀镍渗硼层表面孔洞减少,渗层表面硬度提升至1046HV,硬度最大值为1513 HV,基体硬度上升至550 HV,镀镍渗硼层梯度更加平缓。热处理前镀镍渗硼层K为5.6 MPa·m,热处理后略有下降至4.9 MPa·m。在大气炉中采用碳化硼+氟硼酸钾+氧化铝+镍粉+活性炭进行渗硼,发现镍粉的加入能够调控供硼剂的量及渗硼过程的硼势,促进渗硼层的生长,抑制FeB相的生成,同时减少渗层表面的疏松孔洞,使渗层更加致密。在大气环境下920℃,5 h条件下,1.5 wt%镍粉能够调控1-10 wt%BC,得到最厚为120μm的单一FeB相渗层。对渗剂配方为2wt.%BC,1.5 wt.%Ni粉,7%***,2 wt.%活性炭,其余AlO的渗层进行表征,获得渗层致密的103μm的单一FeB相渗层。同时渗层表层硬度为1200 HV,次表层最高硬度值为1580 HV,经计算渗硼层的K为4.4 MPa·m。