【導(dǎo)讀】本文研究了低碳鋼表面的滲硼工藝及滲層在低應(yīng)力條件下耐磨性能。變量為滲硼時間、滲硼溫度和滲劑配方，試驗所用的母材材料為20鋼和40Cr。由供硼劑、活化劑、還原劑和填充劑組成。本文共選用四種工藝來進(jìn)行滲硼實驗。試驗結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)滲硼之后材料的耐磨性能大大提高。度、硬度和脆性也有很大差別。滲硼層主要是是由FeB和Fe2B兩相組成，且顯微硬度達(dá)。到1700HV，具有很高的硬度和耐磨性。

　　

【正文】 題 情 況 課題名稱 教師姓名 職稱 學(xué)位 教研室 課題來源 課題類別 實施地點(diǎn) 起止時間 上機(jī)時數(shù) 擬指導(dǎo)學(xué)生數(shù) 對學(xué)生的特殊要求 主 要 研 究 內(nèi) 容 目 標(biāo) 和 要 求 特 色 成果 形式 成果 價值 科 室 審 題 意 見 負(fù)責(zé)人簽字 : 年 月 日 學(xué) 院 審 批 意 見 主管院長簽字 : 年 月 日 24 附件 2: 鄭州大學(xué)畢業(yè)論文開題報告表 院（系）： 類別：論文 課題名稱 金屬表面滲硼層在低應(yīng)力條件下耐磨性能的研究 導(dǎo)師姓名 吳振卿 職 稱 教授 學(xué)生姓名 劉月 學(xué) 號 20210800815 專業(yè) 材料成型及控 制工程 調(diào)研資料的準(zhǔn)備：明確畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容，查閱與畢業(yè)設(shè)計相關(guān)的文獻(xiàn)資料。 選題的依據(jù)：金屬表面滲硼 能大大提高其耐磨性 ,延長工件的使用壽命 ,是一種廣為使用的優(yōu)良耐磨材料，物美價廉，具有良好的使用前景。 選題的目的：選擇這個研究課題，就是想了清楚滲硼層的性能會受到那 些因素的影響，具體會造成什么樣的影響，以便于日后能更好地研究此類耐磨材料。 選題的要求：要求對金屬表面滲硼層在低應(yīng)力條件下 的耐磨性能 進(jìn)行研究。 畢業(yè)論文進(jìn)度安排： 08 年 11 月 選定畢業(yè)設(shè)計課題，明確畢業(yè)設(shè)計要求 08 年 12 月 查閱與畢業(yè)設(shè)計有關(guān)的專業(yè)文獻(xiàn)資料 09 年 1 月 總結(jié)前段時間學(xué)習(xí)的內(nèi)容，整理好文獻(xiàn)資料 09 年 2 月 進(jìn)行外語文獻(xiàn)翻譯 09 年 3 月 去新鄉(xiāng)四達(dá)礦山機(jī)械廠進(jìn)行實地參觀，明白實驗原理和操作規(guī)范 09 年 4 月 進(jìn)行實驗，磨制金相試樣，觀察組織，測量試驗硬度 09 年 5 月 總結(jié)實驗，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析 09 年 6 月 完 成畢業(yè)設(shè)計論文 實驗條件 :電阻爐 ，金相制備和觀察儀器，硬度計 指導(dǎo)教師： 學(xué) 生： 年 月 日 25 附件 3： 畢業(yè)設(shè)計（論文）計劃進(jìn)程表 （ 由學(xué)生填寫 ） 學(xué)生姓名 劉月 學(xué)號 20210800815 教師姓名 吳振卿 職稱 教授 題 目 金屬表面滲硼層在低應(yīng)力條件下耐磨性能的研究 周 次 工 作 內(nèi) 容 第七學(xué)期 13～ 16 周 第七學(xué)期 17～ 20 周 第八學(xué)期 1～ 4 周 第八學(xué)期 5～ 8 周 第八學(xué)期 9～ 12 周 第八學(xué)期 13～ 16 周 選定畢業(yè)設(shè)計課題，明確畢業(yè)設(shè)計要求，制定畢業(yè)設(shè)計規(guī)劃 查詢畢業(yè)設(shè)計相關(guān)文獻(xiàn)，整理資料，熟悉課題基本內(nèi)容 進(jìn)行專業(yè)外語文獻(xiàn)翻譯，鞏固英語專業(yè)詞匯 整理文獻(xiàn)、資料，完成開題報告，定型畢業(yè)設(shè)計 設(shè)計好實驗內(nèi)容，完成相關(guān)實驗，記錄好實驗數(shù)據(jù) 分析實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容，完成畢業(yè)論 文 26 附件 4： 鄭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計中期檢查表 院（系）： 題 目 金屬表面滲硼層在低應(yīng)力條件下耐磨性能的研究 導(dǎo)師姓名 吳振卿 職稱 教授 學(xué)生姓名 劉月 學(xué)號 20210800815 專 業(yè) 材料成型與控 制工程 一、階段性成果 二、存在問題及解決辦法 指導(dǎo)教師： 學(xué) 生： 年 月 日 27 附件 5： 畢業(yè)設(shè)計（論文）成績評定表 學(xué)院： 班級： 姓 名 學(xué)號 總成績 題目 指導(dǎo)教師評語 評定成績： 簽名： 年 月 日 評 閱 人 評 語 評定成績： 簽名： 年 月 日 答 辯 小 組 評 語 答辯組成員簽名 答辯成績： 組長簽名： 年 月 日 注：設(shè)計（論文）總成績 =指導(dǎo)教師評定成績（ 30%）＋評閱人評定成績（ 30%）＋答辯成績（ 40%） 28 外文翻譯 硼化物涂 層的滑動和磨粒磨損行為 （ C. Martini, G. Palombarini?, G. Poli, D. Prandstraller） Institute of Metallurgy, University of Bologna, Viale Risimento 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)滑動和磨損試驗條件 對 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)成的無序晶體 對 兩種類型的抗磨損 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 。 耐干滑動樣本的硼優(yōu)于通過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 20 個全球行動綱領(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)械工程和汽車幾個摩擦學(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，相對于氣相 滲硼 ， 粉末滲硼在 工業(yè)生產(chǎn)過程 中 ：（一）比較復(fù)雜，費(fèi)時和昂貴，（ 二 ）不適合過程控制和自動化 ， 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題加以解決，特別是， 對等離子體 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，只有幾微米厚， 這兩種滲硼層都很不好。 另一方面，在汽車發(fā)動機(jī)的 油泵驅(qū)動齒輪磨損性能的 試驗中 ，一個類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 這些硼化物層的摩擦學(xué)性能進(jìn)行了評價 。 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試條件研究不同組成硼鋼的耐磨性 。 主要 問題 集中在兩個硼化物涂層獨(dú)特的特點(diǎn) ： （一）硬度高，這將提供一個高耐磨性 ； （ 二 ）柱狀形態(tài)，這是一個涂層與基體之間良好的附著力要求 。很少 致力于澄清 29 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 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 通過硼化物的表面處理來 消除 它。 本工作的目的是調(diào)查對鋼鐵生產(chǎn)的粘固硼化物涂層的耐磨性和 滑動 ，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，測試。 圖 1 滑塊的示意圖上缸摩擦計 2． 實驗細(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 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擴(kuò)散。 該硼化培養(yǎng)基組成，適用于多相涂料增長，由一個 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射線衍射分析（ XRD）和顯微硬度測量（ MHV） 。 X射線衍射分析利用計算機(jī)進(jìn)行控制的測角儀和 Co、 Kr射線。 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)行了評估 。 通過對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 ，對材料的顯微 硬度進(jìn)行了測量 。 滑動條件下的比較試驗，中碳鋼，也是在 570攝氏度 氮化氣體（總深度處理鈭毫米） 30 或 10微 米的硬鉻涂層（硬度 6768HRC）的厚層。 一個 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)測試 干滑動進(jìn)行了測試，采用計算 機(jī)控制 滑塊上缸摩擦計（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。這些測試下進(jìn)行了 5和 25N 和外加負(fù)載，滑動速度 1，滑動距離達(dá) 5公里，在室溫下（ 2025?C） 和 在實驗室的空氣，（在相對濕度范圍 50 60％）。雙方摩擦磨損性和制度（即兩個滑塊和氣缸磨損累計）的連續(xù)測量了一彎曲載荷單元的 手段和位移傳感器，分別被作為滑動距離函數(shù)記錄。在每個測試結(jié)束時，磨痕深度為兩滑塊和氣缸測量了 表面 輪廓的方法（ 傳感器 曲率半徑， 5微 米），垂直記錄線配置的磨痕。 采用微型磨損試驗機(jī)（流動衛(wèi)星通信系統(tǒng)） 對 硼化物的涂層耐磨損進(jìn)行了評估，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，通過一個緩慢的補(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機(jī) 31 圖 3 多相硼化物涂層 對 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。涂層的區(qū)域內(nèi)顯示相當(dāng)高的硬度值（文件 編號 2）。（ e） 60米 圖 5 X 射線衍射譜（聯(lián)合畝輻射）為在不同深度的滲鐵被測樣品層后，按平行層材料去除外部表面：（一）為 硼 。（二） 6米 。（三） 16 米 。（四） 32 米 32 滑動距離（ km） 圖 6 磨損曲線硼鐵，為了作比較，向其他表面處理的鋼樣的曲線， 在不同的載荷值：（ 1）為 5N和（ b） 25 N. 圖 7 縮孔的球在從一個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后，在鐵層按層去除 。 一個 接觸載荷用和滑動速度 。對磨損試樣所產(chǎn)生的球冠直徑 b 測定的校準(zhǔn)光學(xué)顯微鏡，而