材料科学与工程 外文翻译 -- 硼化物涂层的滑动和磨粒磨损行为

外文翻译

硼化物涂层的滑动和磨粒磨损行为

（C. Martini, G. Palombarini∗, G. Poli, D. Prandstraller）Institute of Metallurgy, University of Bologna, Viale Risorgimento 4, Bologna 40136, Italy

摘要

由Fe2B单内层和外层的FeB所构成的多相硼化物涂层对铁和经渗碳处理的中碳钢有着深远的影响。根据滑动和磨损试验条件对样本的硼摩擦学行为进行了研究。发现不同地区的涂料的磨损率有很大的不同。铁硼化物晶体秩序解释了这些差异的原因。薄，易碎的涂料层构成的无序晶体对两种类型的抗磨损行为影响不大。然后，构成Fe2B单紧凑，高度有序的晶体的地区阻力增加到最高值。耐干滑动样本的硼优于通过提交替代表面处理样本资料（如气体氮化）和含量较低的aWC钴硬质合金涂层。

关键词：硼；铁；钢；滑动摩擦；磨粒摩擦；择优取向；晶体秩序；

1 导言

日益增加的需求与令人满意的电阻材料磨损与腐蚀性能促进了迅速扩张表面改性领域技术的发展。事实上，在许多应用中，这服务生活的组成部分是由表面特性所决定的。在这重要的热化学处理的钢种扩散的领域，如碳、氮和硼，硼处于一种特殊地位。一方面，即使在超过20个全球行动纲领，以及高耐磨性，经热化学处理的硼化物涂层涂料使普通钢材有了很高的硬度。硼钢构件在机械工程和汽车几个摩擦学性能优良的工业中有很广泛的应用。值得注意的是，最好的结果是由粘固获得，即工序使用含有粉末的混合物进行硼化组件（如碳化硼），活化剂（通常KBF4），并最终加入稀释剂以控制潜在的硼化方法。然而，相对于气相渗硼，粉末渗硼在工业生产过程中：（一）比较复杂，费时和昂贵，（二）不适合过程控制和自动化，这种状况妨碍了充分传播渗硼处理工艺。

努力加快工业气体渗过程的进展，就双方的加工条件和组成，硼化物层的孔隙度控制的主要问题加以解决，特别是，对等离子体及有关金属表面的相互作用机制缺乏了解。比如，硼化物涂层制作了两个中碳钢等离子辅助化学气相沉积法在〜833K采用BCl3与H2混合气体与Ar稀释，只有几微米厚，这两种渗硼层都很不好。另一方面，在汽车发动机的油泵驱动齿轮磨损性能的试验中，一个类似混合气体等离子体渗硼被发现与包渗硼相若。然而，获得单相层需要渗硼热处理，即涂层由含量较少但脆性不大的硼化物Fe2B单铁组成。试图代替硼卤化物和允许种植单一Fe2B单相层高达10微米厚的一中碳钢，任何进一步的发展有机前体乙硼烷硼体的方法正由渗碳的不利因素所影响。仅由未经处理的样品对这些硼化物层的摩擦学性能进行了评价。

在摩擦学行为上已经做了很多工作，特别是在非常不同的测试条件研究不同组成硼钢的耐磨性。主要问题集中在两个硼化物涂层独特的特点：（一）硬度高，这将提供一个高耐磨性；（二）柱状形态，这是一个涂层与基体之间良好的附着力要求。很少致力于澄清

损害的磨损机制，特别是涂层内铁的硼化物晶体取向的作用。众所周知，事实上，这热渗可引起铁硼化物Fe2B单（四方）和硼（正交），一般都展示了强大的（0 0 2）择优取向。基合金成分对质地强度有显著的影响，作为一种合金元素的扩散，从基底涂层和改变涂层与基体的性质来改变材料性能。另一方面，有人指出，最外层几微米的硼化物涂层厚度地区晶体学紊乱，因此，应该通过硼化物的表面处理来消除它。本工作的目的是调查对钢铁生产的粘固硼化物涂层的耐磨性和滑动，特别是关于铁的硼化物晶体取向的影响，磨料磨损率的条件，测试。

图1滑块的示意图上缸摩擦计

2．实验细节

2.1材料和加工工艺

阿姆科铁皮（99.9％纯）和中碳钢（38 NiCrMo 4）统一在1000摄氏度真空退火，用600粒度碳化硅砂布纸表面抛光，然后在850◦C渗硼15小时并使用粉末混合组成的碳化硼（20％），KBF4（10％）和碳化硅（平衡）。用纯铁以便分析合金的基体和元素硼化物涂层之间的元素扩散。该硼化培养基组成，适用于多相涂料增长，由一个Fe2B单内层和外层的硼组成。

样本的硼特点被改变依靠光（奥姆手段）和扫描电子显微镜（SEM）中，X射线衍射分析（XRD）和显微硬度测量（MHV）。X射线衍射分析利用计算机进行控制的测角仪和Co、Kr 射线。铁的硼化物晶体学织构从外表面不同深度逐渐变薄与层涂层的层清除技术进行了评估。

通过对交叉涂层厚度截面金相与通常的技术准备，使用传统的维氏压头和0.5载荷，对材料的显微硬度进行了测量。

滑动条件下的比较试验，中碳钢，也是在570摄氏度氮化气体（总深度处理鈭毫米）

或10微米的硬铬涂层（硬度67-68HRC）的厚层。一个M 35工具钢（成分C 0.8％，铬3.75％，钼5.0％之间，6.10％，第五2.05％，钴5.0％），其硬金属层涂布（硬质合金有限公司18％，硬度〜88HRA）存放于空气等离子喷涂（APS）的技术，被选作参考，高耐磨材料。

2.2摩擦学测试

干滑动进行了测试，采用计算机控制滑块上缸摩擦计（图1）。固定滑杆由研究中的材料在（5毫米× 5毫米× 50毫米）棱柱形式构成。该构件材料是氧化铝陶瓷涂层的组成（重量比87％）和二氧化钛（洛氏硬度= 60，表面粗糙度Ra = 0.5微米），沉积在旋转圆筒。这些测试下进行了5和25N和外加负载，滑动速度0.18ms - 1，滑动距离达5

公里，在室温下（20-25◦C）和在实验室的空气，（在相对湿度范围50 -60％）。双方摩擦磨损性和制度（即两个滑块和气缸磨损累计）的连续测量了一弯曲载荷单元的手段和位移传感器，分别被作为滑动距离函数记录。在每个测试结束时，磨痕深度为两滑块和气缸测量了表面轮廓的方法（传感器曲率半径，5微米），垂直记录线配置的磨痕。

采用微型磨损试验机（流动卫星通信系统）对硼化物的涂层耐磨损进行了评估，它是基于缩孔几何效应。球的反转，在小磨料粒子的存在扁试样旋转产生一种强加在材料球面几何磨损陨石坑。基本上包括钻机，如图2所示，马氏体钢硬球，（半径为R = 12.7毫米，硬度HV 1000）对下研磨浆的调查样本轮换的存在（SiC水悬浮颗粒浓度的初步规模4-5微米， 0.75克厘米-3），维护和地区的联系，通过一个缓慢的补充不断滴饲料（〜0.25立方厘米分钟-1）。

图2 示意图球缩孔微量磨损试验机