【正文】 中文 5000字 外文翻譯 硼化物涂層的滑動(dòng)和磨粒磨損行為 （ C. Martini, G. Palombarini?, G. Poli, D. Prandstraller） Institute of Metallurgy, University of Bologna, Viale Risorgimento 4, Bologna 40136, Italy 摘要 由 Fe2B 單內(nèi)層和外層的 FeB 所構(gòu)成的多相硼化物涂層 對(duì)鐵和經(jīng)滲碳處理的中碳鋼有著深遠(yuǎn)的影響。 根據(jù)滑動(dòng)和磨損試驗(yàn)條件 對(duì) 樣本的硼摩擦學(xué)行為進(jìn)行了研究 。 發(fā)現(xiàn)不 同地區(qū)的涂料的磨損率 有很大的 不同 。 鐵硼化物晶體秩序 解釋了這些差異的原因。 薄，易碎的涂料層構(gòu)成的無(wú)序晶體 對(duì) 兩種類(lèi)型的抗磨損 行為影響不大。 然后，構(gòu)成 Fe2B 單緊湊，高度有序的晶體 的地區(qū) 阻力增加 到 最高值 。 耐干滑動(dòng)樣本的硼優(yōu)于通過(guò)提交替代表面處理樣本資料（如氣體氮化）和 含 量 較低的 aWC 鈷硬質(zhì)合金涂層。 關(guān)鍵詞 ： 硼 ；鐵；鋼；滑動(dòng)摩擦；磨粒摩擦；擇優(yōu)取向；晶體秩序； 1 導(dǎo)言 日益增加的需求 與 令人滿(mǎn)意的電阻材料磨損 與 腐蝕 性能 促進(jìn)了迅速擴(kuò)張表面改性領(lǐng)域技術(shù) 的發(fā)展。事實(shí)上， 在許多應(yīng)用中， 這 服務(wù)生活的組成部分是由表面特性 所決 定的 。在 這重要的 熱化學(xué)處理的鋼種擴(kuò)散的 領(lǐng)域 ，如碳 、 氮和硼，硼處于一種特殊地位 。一方面，即使在超過(guò) 20 個(gè)全球行動(dòng)綱領(lǐng)，以及高耐磨性 ，經(jīng)熱化學(xué)處理的硼化物涂層涂料使普通鋼材有了很高的硬度。 硼鋼構(gòu)件在機(jī)械工程和汽車(chē)幾個(gè)摩擦學(xué)性能優(yōu)良的工業(yè) 中有很廣泛的 應(yīng)用 。 值得注意的是，最好的結(jié)果是由粘固獲得，即工序使用含有粉末的混合物進(jìn)行硼化組件（如碳化硼），活化劑（通常 KBF4），并最終加入稀釋劑以控制潛在的硼化 方法。然而，相對(duì)于氣相 滲硼 ， 粉末滲硼在 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程 中 ：（一）比較復(fù)雜，費(fèi)時(shí)和昂貴，（ 二 ）不適合過(guò)程控制和自動(dòng)化 ， 這種 狀況妨礙了充分傳播滲硼處理 工藝 。 努力 加快 工業(yè)氣體滲過(guò)程的進(jìn)展，就雙方的加工條件和組成，硼化物層的孔隙度控制的主要問(wèn)題加以解決，特別是， 對(duì)等離子體 及有關(guān)金屬表面的相互作用機(jī)制 缺乏了解 。 比如， 硼化物涂層制作了兩個(gè)中碳鋼等離子輔助化學(xué)氣相沉積法在 ? 833K 采用 BCl3 與 H2混合氣體與 Ar 稀釋?zhuān)挥袔孜⒚缀瘢?這兩種滲硼層都很不好。 另一方面，在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的 油泵驅(qū)動(dòng)齒輪磨損性能的 試驗(yàn)中 ，一個(gè)類(lèi)似混合氣體等離子體滲 硼 被發(fā)現(xiàn)與包滲硼相若 。 然而，獲得單相層需要滲 硼 熱處理，即涂層 由含量 較少但 脆性不大的 硼化物 Fe2B 單鐵 組成。 試圖代替硼鹵化物和允許種植單一 Fe2B 單相層高達(dá) 10 微 米厚的一中碳鋼，任何進(jìn)一步的發(fā)展有機(jī)前體乙硼烷硼體 的方法 正由 滲 碳的不利 因素所影響。僅由 未經(jīng)處理的樣品 對(duì) 這些硼化物層的摩擦學(xué)性能進(jìn)行了評(píng)價(jià) 。 在 摩擦學(xué)行為 上已經(jīng)做了很多工作 ，特別是在非常不同的測(cè)試條件研究不同組成硼鋼的耐磨性 。 主要 問(wèn)題 集中在兩個(gè)硼化物涂層獨(dú)特的特點(diǎn) ： （一）硬度高，這將提供一個(gè)高耐磨性 ； （ 二 ）柱狀形態(tài)，這是一個(gè)涂層與基體之間良好的附著力要求 。很少 致力于澄清損害的磨損機(jī)制，特別是涂層內(nèi)鐵的硼化物晶體取向的作用 。 眾所周知，事實(shí)上，這熱滲可引起鐵硼化物 Fe2B 單（四方）和硼（正交），一般都展示了強(qiáng)大的（ 0 0 2）擇優(yōu)取向 ?；辖鸪煞?對(duì) 質(zhì)地強(qiáng)度 有顯著的 影響 ， 作為一種合金元素的擴(kuò)散，從基底涂層和 改變 涂層與基體的 性質(zhì)來(lái)改變材料性能。 另一方面，有人指出，最外層幾微米的硼化物涂層厚度地區(qū)晶體學(xué)紊亂，因此，應(yīng)該 通過(guò)硼化物的表面處理來(lái) 消除 它。 本工作的目的是調(diào)查對(duì)鋼鐵生產(chǎn)的粘固硼化物涂層的耐磨性和 滑動(dòng) ，特別是關(guān)于鐵的硼化物晶體取向的影響，磨料磨損率的條件，測(cè)試。 圖 1 滑塊的示意圖上缸摩擦計(jì) 2． 實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié) 材料和加工工藝 阿姆科鐵皮（ ％純）和中碳鋼（ 38 NiCrMo 4） 統(tǒng)一在 1000 攝氏度 真空退火， 用600 粒度碳化硅砂布紙 表面拋光， 然后在 850?C滲 硼 15 小時(shí) 并 使用粉末混合組成的碳化硼（ 20％）， KBF4（ 10％）和碳化硅（平衡）。 用 純鐵以便 分析 合金的基體 和 元素硼化物涂層之間的元素?cái)U(kuò)散。 該硼化培養(yǎng)基組成，適用于多相涂料增長(zhǎng)，由一個(gè) Fe2B 單內(nèi)層和外層的硼組成。 樣本的硼特點(diǎn) 被改變依靠光 （奧姆手段）和掃描電子顯微鏡（ SEM）中， X射線(xiàn)衍射分析（ XRD）和顯微硬度測(cè)量（ MHV） 。 X射線(xiàn)衍射分析利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的測(cè)角儀和 Co、 Kr射線(xiàn)。 鐵的硼化物晶體學(xué)織構(gòu)從外表面不同深度逐漸變薄與層涂層的層清除技術(shù)進(jìn)行了評(píng)估 。 通過(guò)對(duì)交叉涂層厚度截面金相與通常的技術(shù)準(zhǔn)備，使用傳統(tǒng)的維氏壓頭和 ，對(duì)材料的顯微 硬度進(jìn)行了測(cè)量 。 滑動(dòng)條件下的比較試驗(yàn)，中碳鋼，也是在 570攝氏度 氮化氣體（總深度處理鈭毫米）或 10微 米的硬鉻涂層（硬度 6768HRC）的厚層。 一個(gè) M 35工具鋼（成分 C ％，鉻 ％，鉬 ％之間， ％，第五 ％，鈷 ％），其硬金屬層涂布（硬質(zhì)合金有限公司 18％，硬度 ? 88HRA）存放于空氣等離子噴涂（ APS）的 技術(shù)，被選作參考，高耐磨材料。 摩擦學(xué)測(cè)試 干滑動(dòng)進(jìn)行了測(cè)試，采用計(jì)算 機(jī)控制 滑塊上缸摩擦計(jì)（圖 1）。固定滑桿由 研究中 的材料在（ 5毫米 5 毫米 50 毫米）棱柱形式 構(gòu)成。 該 構(gòu)件 材料是氧化鋁陶瓷涂層的組成（ 重量比 87％）和二氧化鈦（洛氏硬度 = 60，表面粗糙度 Ra = 微 米），沉積在旋轉(zhuǎn)圓筒。這些測(cè)試下進(jìn)行了 5和 25N 和外加負(fù)載，滑動(dòng)速度 1，滑動(dòng)距離達(dá) 5公里，在室溫下（ 2025?C） 和 在實(shí)驗(yàn)室的空氣，（在相對(duì)濕度范圍 50 60％）。雙方摩擦磨損性和制度（即兩個(gè)滑塊和氣缸磨損 累計(jì)）的連續(xù)測(cè)量了一彎曲載荷單元的手段和位移傳感器，分別被作為滑動(dòng)距離函數(shù)記錄。在每個(gè)測(cè)試結(jié)束時(shí)，磨痕深度為兩滑塊和氣缸測(cè)量了 表面 輪廓的方法（ 傳感器 曲率半徑， 5微 米），垂直記錄線(xiàn)配置的磨痕。 采用微型磨損試驗(yàn)機(jī)（流動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)） 對(duì) 硼化物的涂層耐磨損進(jìn)行了評(píng)估，它是基于縮孔幾何 效應(yīng)。 球的反 轉(zhuǎn)， 在小磨料粒子的存在扁試樣旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生一種強(qiáng)加在材料球面幾何磨損隕石坑。 基本上包括鉆機(jī)，如圖 2所示 ， 馬氏體鋼硬球，（半徑為 R = 毫米，硬度 HV 1000）對(duì)下研磨漿的調(diào)查樣本輪換的存在（ SiC 水懸浮顆粒濃度的初步規(guī) 模 45微米 ， 克厘米 3），維護(hù)和地區(qū)的聯(lián)系，通過(guò)一個(gè)緩慢的補(bǔ)充不斷滴飼料（ ? 立方厘米分鐘 1）。 圖 2 示意圖球縮孔微量磨損試驗(yàn)機(jī) 圖 3 多相硼化物涂層 對(duì) 鐵 截面的影響 ，顯示出 FeB 和 Fe2B層柱狀形態(tài)，并沿裂紋優(yōu)先在 FeBFe2B單接口 產(chǎn)生 圖 4 測(cè)定的硬度通常兩名硼化物涂層不同的區(qū)域的外部表面鐵增長(zhǎng)。涂層的區(qū)域內(nèi)顯示相當(dāng)高的硬度值（文件 編號(hào) 2）。（ e） 60米 圖 5 X 射線(xiàn)衍射譜（聯(lián)合畝輻射）為在不同深度的滲鐵被測(cè)樣品層后，按平行層材料去除外部表面：（一）為 硼 。（二） 6米 。（三） 16 米 。（四） 32 米 滑動(dòng)距離（ km） 圖 6 磨損曲線(xiàn)硼鐵，為了作比較，向其他表面處理的鋼樣的曲線(xiàn)， 在不同的載荷值：（ 1）為 5N和（ b） 25 N. 圖 7 縮孔的球在從一個(gè)多相硼化物涂層外表面不同深度的 方法確定的磨損率增長(zhǎng)后，在鐵層按層去除 。 一個(gè) 接觸載荷用和滑動(dòng)速度 。對(duì)磨損試樣所產(chǎn)生的球冠直徑 b 測(cè)定的校準(zhǔn)光學(xué)顯微鏡，而 b值用于計(jì)算兩個(gè)穿透深度 h和磨損體積 V： h ≈ b2\8R (1) V ≈ πb4\64R (2) 這里 b《 R。 如果磨損隕石坑深度低于涂料，一對(duì)散裝物料的簡(jiǎn)單模型磨損厚度（等值的滑動(dòng)磨損查德方程）可用于并導(dǎo)致磨損量為下面的等式 V： V = kSN (3) 其中 S 是總滑動(dòng)球的距離相對(duì)于試樣表面， N 的正常負(fù)荷，鉀的磨損系數(shù)或特定的磨損率。Eq 當(dāng)量允許的磨損率 。 材料來(lái)計(jì)算每一組實(shí)驗(yàn)中，每一層的揭露層技術(shù)方法將硼化物涂層每個(gè)部位都暴露在外。 3 結(jié)果和討論 圖 3顯示了典型的多相硼化物涂層微觀結(jié)構(gòu)對(duì)純鐵增長(zhǎng)。 FeB 和 Fe2B 層和宣傳沿裂縫柱狀形態(tài)在 FeBFe2B 接口 更好的擴(kuò)散。 對(duì)中碳鋼生長(zhǎng)在相同的熱條件，表現(xiàn)了最大的涂層厚度和不太明顯 柱狀形態(tài) ， 最大值和最小值厚度有很大不同。 該涂層厚度是影響合金的（尤其是由鉻）金屬基體元素，可以修改輸入硼化物晶格鐵硼擴(kuò)散活動(dòng)。此外金屬硼反應(yīng)可以改變?cè)趯?duì)金屬基體表面區(qū)域的組成發(fā)生（ 損耗 或元素濃度）的修改，作為 涉及 合金元素再分配現(xiàn)象 的結(jié)果。 柱狀 接口已被解釋為當(dāng)?shù)丶ち业膽?yīng)力場(chǎng)和附近的晶格畸變的結(jié)果 和 針狀核反應(yīng)產(chǎn)物 。FeBFe2B的接 口的脆性反過(guò)來(lái)歸結(jié)于 該地區(qū)強(qiáng)調(diào)誘導(dǎo)之間的兩個(gè)鐵硼化物熱膨脹系數(shù) 不同，以至于 FeB 是它的三倍。 在鐵的硼化物之間的差別是相當(dāng)大的彈性，對(duì)硼的價(jià)值是，通過(guò)對(duì) Fe2B 單顯示的一半。 圖 4顯示 兩個(gè) 相同的跨衡量 的顯微硬度的測(cè)量如圖 3一樣。 在大幅降低硬度是顯示在涂層外部分的配置文件之一（另一個(gè)是由一位來(lái)自外部表面明顯的距離開(kāi)始）將被視為現(xiàn)實(shí)的，在前面提到的證據(jù)的最外層，幾微米的硼化物涂層厚度地區(qū)晶體學(xué) 是 紊亂和易碎 的。在諸如從外部表面距離的增加硬度下降要?dú)w功于硼化物 和純 鐵區(qū)的存在，即成為在實(shí)現(xiàn)試樣的體積要大得多。高硬度涂層 的內(nèi)部區(qū)域顯示（結(jié)構(gòu) 編號(hào) 2）應(yīng)注意。 圖 5顯示了 X射線(xiàn)衍射在同一硼化物層不同深度的記錄方式， 在 材料逐步 消除之后 。FeB（ 002）和 Fe2B（ 002）反射強(qiáng)度比硼化物粉末強(qiáng)得多。 特別是，一個(gè)非常強(qiáng)烈的 Fe2B（ 002）峰值可以看出，即使在目前情況，硼鐵被測(cè)樣品的 X射線(xiàn)衍射圖，盡管在一個(gè)硼外層涂料的存在 。 在 FeB（ 002）和 Fe2B（ 002）峰的相對(duì)強(qiáng)度的硼化物逐步增加的涂層由一層薄按層材料去除進(jìn)行了平行的外表面。因此，可以推斷，在（ 002）兩鐵硼化物紋理經(jīng)歷的多相向內(nèi)強(qiáng)化涂層 。 特別是對(duì) Fe2B單子層內(nèi)部是由所 有與 [001]硼化物晶體排列晶軸垂直構(gòu)成導(dǎo)向 的 樣品的表面。 一個(gè)具體的研究，最近已給解釋刻畫(huà)擇優(yōu)取向的鐵發(fā)生硼化 變形的 鐵和鋼的成長(zhǎng) 。 研究的結(jié)論是對(duì) Fe2B單第一晶體生長(zhǎng)樣品的外表面，金屬表面之間的硼化粒子的接觸帶開(kāi)始，一個(gè)是因?yàn)橐粋€(gè)最簡(jiǎn)單的形式存在的針狀 [001]的發(fā)展方向，與硼在體內(nèi)擴(kuò)散的路徑更容易 Fe2B 單重合為中心的四方晶格 。 對(duì)硼化物晶體生長(zhǎng)作為一個(gè)覆蓋面 ， 增加 了 越來(lái)越多的障礙 。 因此，硼化物晶體的越來(lái)越多是被迫種植向內(nèi)，因?yàn)樵谙嚓P(guān)的硼化物的形成量的增加更加困難增長(zhǎng)軌道 。 Fe2B單向內(nèi)的增長(zhǎng)是比較容易， 如果拉長(zhǎng)硼化物晶體生長(zhǎng)平行。因此，新的硼化物晶體的涂層形成金屬界面的逐步被迫與他們成長(zhǎng) [001]軸垂直于外表面，即相一致的樣本中硼梯度，導(dǎo)致（ 002）擇優(yōu)取向的 Fe2B 單上逐步實(shí)現(xiàn)與金屬基體界面將加強(qiáng) 。 圖 6顯示了在干摩擦條件下，硼鋼磨損行為，在提交給其他樣品表面的修改比較 。 根據(jù)負(fù)載（圖 6a中）為 5N，中間的行為是氮化鋼之間的（差）和碳化鎢鈷（最佳），并具有可比性的，通過(guò)展示硬鉻 。 磨損的斜率為多相層距曲線(xiàn)最初是高作為一個(gè)外，易碎區(qū)域的存在合理的結(jié)果，由無(wú)序晶體組成。逐步下降的斜坡下降到約 ?1。 根 據(jù)負(fù)載（圖6B 型） 25N，對(duì)硼鋼的行為再次中間氮化之間的樣品和衛(wèi)生間的鈷涂層樣品，而硬鉻行為是類(lèi)似的氮化鋼中顯示的。 磨損 違 背了硼鋼艾斯坦斯最初曲線(xiàn)陡峭，符合市場(chǎng)預(yù)期。然后斜坡下降，可能由于硼化物晶體有序耐磨性高，最后也大大增加值達(dá)到 43mkm?1，然后因?yàn)槟?損， 沒(méi)滲硼 區(qū)鐵所接觸到的陶瓷材料。 摩擦系數(shù) μ 的硼鋼，最初由低切外，涂層的無(wú)序地區(qū)顯示實(shí)力，逐漸增加值大幅波動(dòng)對(duì)低 ? 左右，價(jià)值與涂料的滑動(dòng)對(duì)文獻(xiàn)報(bào)道的比較鋼鐵及其他工程合金 。 值得一提的是，摩擦系數(shù)由 至低于 ，得到了硼低碳滑動(dòng)針對(duì)空 氣中氮化硅球在室溫下為 5N和 2鋼 4mms 1揭露硼化物，涂層，空氣 750F?B℃ 的 3 分鐘的氣氛 。 改善解釋作為反應(yīng)之間的空氣和硼氧涂層效應(yīng)，將高溫曝光：第一 ， 一硼氧化膜形成的，后來(lái)，在引起了硼酸潤(rùn)滑膜空氣中的水分反應(yīng)。 一個(gè) 硼化物涂層摩擦學(xué)性能更為詳細(xì)的評(píng)估，獲得通過(guò)測(cè)試其耐磨損 性 。如圖 7所示，事實(shí)上，磨損率表示為每單位距離磨損材料的數(shù)量和應(yīng)用負(fù)載的單位是非常的，滲樣本（ pt.圖 ），由于外部，機(jī)械已經(jīng)提到的存在易碎地