[摘要]通过磨损试验、脆性试验和阳极极化曲线的测试，研究了低温渗硼对钢渗硼层耐磨性、脆性和耐蚀性的影响。结果表明：低温渗硼层的耐磨性和耐蚀性较高温渗硼层的有所提高，而其脆性却有所降低。
关键词：性能 渗硼层 低温
[Abstract] The effect of borided layer at low temperature on wear resistance and brittleness of borided layer for steel 45 was studied by means of wear test, brittleness test and anode polarization measurement. The results showed that under the condition of boriding at low temperature wear resistance andcorosion resistance of boried layer were increased and its brittleness was reduced.
Keywords: performance borided layer low temperature
渗硼是把硼渗入到金属材料表面，得到硼化物渗层的扩散过程。渗硼层具有很高的硬度、优良的耐磨性及良好的耐蚀性。近年来，人们对渗硼工艺及渗硼机理进行了大量的研究。但渗硼工艺仍有其不足之处，如：硼化物本身脆性大、易剥落，传统的渗硼工艺温度高、能耗大，渗硼后工件变形较大等。为了克服这些不足，人们进行了不懈的努力，并取得了一些成就。如：人们采取渗硼后获得单相Fe2B或渗硼后进行真空扩散而获得单相Fe2B[1,2],渗硼的共晶化处理[3,4]及共渗与复合渗工艺[5,6]等来降低渗硼层脆性。为了解决渗硼温度高、渗后工件变形大等问题，低温渗硼为人们所关注，低温渗硼，实际上就是指在钢临界点（A）以下温度的渗硼。
本文以45钢为例，通过磨损试验、脆性试验和阳极极化曲线的测试，研究了低温渗硼对钢渗硼层的耐磨性、脆性和耐蚀性的影响。
1 试验方法
1.1 固体渗硼
试样材料为45钢，其具体处理步骤为：配方→清洗试样→涂刷试样→烘干试样→试样装罐密封→将罐入炉渗硼→将罐出炉清理。
1.2 低温渗硼层性能
用J71型显微硬度计测量硼化物层与基体的显微硬度，选用载荷为100g。
磨粒磨损试验在自制的磨粒磨损试验机上进行，选用磨粒为280～320目的粉煤灰，载荷为1.16g/mm2,速度为34r/min。滑动磨损试验是在自制的销盘式磨损试验机上进行；选用载荷为4.82g/mm,速度600r/min,无润滑。
多冲剥落试验是在用小型冲床改制的多冲剥落试验机上进行的；选用的冲头为直径6mm的钢球，冲程25mm,冲击频率为250次/min。
用HDV-7C晶体管恒电位仪，在浓度为0.5mol/l的硫酸溶液中测得阳极极化曲线。
2 试验结果
2.1 显微硬度
对45钢650℃×10h稀土渗硼试样和840℃×4h稀土渗硼试样进行显微硬度测量，结果如图1所示。由图1可知：①低温渗硼层和高温渗硼层在硼化物区显微硬度值相当；②在显微硬度梯度上，低温渗硼层比高温渗硼层的陡。
图1 渗硼层深度与显微硬度关系曲线
2.2 耐磨性试验
对45钢650℃×10h(1号试样)稀土渗硼试样和840℃×4h(2号试样)稀土渗硼试样进行磨粒磨损和滑动磨损对比试验，结果如图2～5所示。由图2～5可知：①在磨合阶段，1号试样的失重量和磨损速度小于2号试样的失重量和磨损速度；②在稳定磨损阶段，1号试样的失重量和磨损速度稍小于2号试样的失重量和磨损速度；③在失稳阶段，1号试样的失重量和磨损速度远大于2号试样的失重量和磨损速度。
图2 磨粒磨损的磨损量与时间的关系
图3 滑动磨损的磨损量与时间的关系
图4 45钢稀土渗硼试样维氏压痕情况（100×）
图5 在0.5mol的硫酸溶液中测得的阳极极化曲线
2.3 脆性试验
2.3.1 维氏硬度压痕试验
参照渗氮层脆性试验和文献[7]所推荐的渗硼层脆性评定方法，根据渗硼层表面维氏压痕的完整情况来定性评定45钢650℃×10h稀土渗硼和840℃×4h稀土渗硼试样的脆性，其结果如图4所示。由图4可知：在同样的工艺条件和加载条件下，低温渗硼试样与高温渗硼试样两者的压痕明显不同。高温渗硼试样的压痕边界不清晰，剥落多；而低温渗硼试样的压痕清晰，剥落少。这表明低温渗硼层较高温渗硼层的脆性有所提高。
2.3.2 多冲剥落试验对
45钢650℃×10h稀土渗硼和840℃×4h稀土渗硼试样冲击500次的情况下，用凹坑表面相对剥落面积的大小来定性对比二者的多冲剥落抗力[8]。试验结果表明：高温渗硼试样比低温渗硼试样的相对剥落面积要大些。
2.4 耐腐蚀试验
对45钢650℃×10h稀土渗硼试样（1号）和840℃×4h(2号)稀土渗硼试样测得的阳极极化曲线如图5所示，曲线上特征点的数据如下表。
表 图5曲线上的特征点数据
ib/mA.cm-2
ip/mA.cm-2
Eb/mV,vsSCE
Ep/mV,vsSCE
从图5和上表可知：①1号试样的致钝电流密度ib远较2号试样小，表明低温渗硼后能显著降低渗层的活性溶解速度;②1号试样的致钝电位;远较2号试样负，表明低温渗硼后的渗层易钝化③1号试样的维钝电流密度较2号试样小些，表明低温渗硼后能降低稳定钝化阶段的溶解速度，即能提高渗层的钝化性能;④1号试样的钝态电位远较2号试样小，而其钝化区远比2号的宽。即低温渗硼后渗层的稳定钝化阶段远较高温渗硼后渗层的长。这表明在耐电化学腐蚀性能方面，低温渗硼层明显优于高温渗硼层。
3 讨论
上述试验结果表明，低温渗硼层与高温渗硼层相比，其耐磨性、耐蚀性有所提高，其脆性有所改善。
性能是由组织决定的，低温渗硼层与高温渗硼层在耐磨性、耐蚀性和脆性上的差别的原因主要是由于低温渗硼层的组织比高温渗硼层的组织致密、疏松孔洞少的缘故。
磨损试验时，渗层表层的疏松孔洞易于产生裂纹以致剥落[9]。由于低温渗硼层较高温渗硼层致密、疏松孔洞少，故在磨合阶段，低温渗硼层的磨损速度远小于高温渗硼层的磨损速度。由于低温渗硼层中的硼针较高温渗硼层中的硼针细密些，故在稳定磨损阶段，低温渗硼层的磨损速度比高温渗硼层的磨损速度略小。由于低温渗硼层层深较高温渗硼层层深浅，故低温渗硼层进入剧烈磨损阶段的时间要比高温渗硼层早。可以想见，倘若低温渗硼层有与高温渗硼层相同的深度，那它的耐磨性将会大大提高。
渗层表层的疏松孔洞是裂纹萌生和扩展的途径[9]，在受冲击载荷时，极易导致渗硼层开裂与剥落。由于低温渗硼层比高温渗硼层致密、疏松孔洞少，故低温渗硼层有比高温渗硼层低的脆性。
渗层表层的疏松孔洞处聚集了电负性极强的活性元素（如Re）和一些杂质元素，使得该处电极电位与别处不同，在溶液中易形成微电池，在电解液作用下，发生电化学腐蚀。显然，疏松孔洞越多，产生的微电池数越多，电化学腐蚀越严重。由于低温渗硼层比高温渗硼层致密、疏松孔洞少，故低温渗硼层的耐腐蚀性明显优于高温渗硼层的耐腐蚀性。
