镍对渗硼层组织和性能的影响

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1、工程硕士学位论文镍对渗硼层组织和性能的影响作者姓名熊成工程领域材料工程校内指导教师邱万奇教授校外指导教师莫东强高级工程师所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月23日TheinfluenceofnickelonthestructureandpropertiesofboridelayerADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XiongChengSupervisor：Prof.QiuWanqiMr.MoDongqiangSouthChinaUniversityofTechnologyGuan

2、gzhou,China分类号：TG156.8学校代号：10561学号：201521016383华南理工大学硕士学位论文镍对渗硼层组织和性能的影响作者姓名：熊成指导教师姓名、职称：邱万奇教授、莫东强高级工程师申请学位级别：工程硕士工程领域名称：材料工程论文形式：□产品研发□工程设计□应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：功能薄膜材料论文提交日期：2018年04月23日论文答辩日期：2018年06月04日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：杜军委员：肖方明、韦春贝、曾美琴、刘敏摘要钢经渗硼后能获得高温硬度高，耐磨损，抗腐蚀和抗高

3、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℃，6h的情况下获得62μm单一Fe2B相渗层，渗硼层硬度值为1538HV，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

4、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3.2MPa·m1/2。在基体上电镀镍并经920℃，4h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Ni2B和(Fe,Ni)2B、Fe2B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1513HV，基体硬度上升至550HV，镀镍渗硼层梯度更加平缓。热处理前镀镍渗硼层K1/21/2IC为5.6MPa·

5、m，热处理后略有下降至4.9MPa·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℃，5h条件下,1.5wt%镍粉能够调控1-10wt%B4C，得到最厚为120μm的单一Fe2B相渗层。对渗剂配方为2wt.%B4C，1.5wt.%Ni粉，7%wt.KBF4，2wt.%活性炭，其余Al2O3的渗层进行表征，获得渗层致密的103μm的单一Fe2B相渗层。同时渗层表层硬度为1200HV，次表层最高硬度值

6、为1580HV，经计算渗硼层的K1/2IC为4.4MPa·m。关键词：固体渗硼；氮气保护；电镀镍；热处理；扩散；镍粉；硼化镍IABSTRACTTheboridinglayerhasmanyadvantages,suchashightemperaturestrength,goodwearresistance,hightemperatureoxidationresistanceandcorrosionresistance.However,theboridedlayer,withhighbrittlenessandlowimpactfatigueresistance,m

7、aybringsomenegativeeffectsforthefurtherapplication.Theboridinglayercanalsoformloosesandholesinthesurfaceeasilywhichdecreasehardnessandwearresistance.Therefore,improvingtoughnessandreducingloosesofboridedlayerisamainobjectiveforresearchers.Inthisthesis,nickelwasaddedintoboridingagentwi

8、thB4C