不锈钢渗硼专用渗剂的研制(2)
固体渗硼的工艺过程是：将供硼剂，活化剂，填充剂三者均匀混在一起，与工件一起装在渗箱，在高温中保温一段时间[8]。
1.3 渗硼层动力学研究的意义
钢铁材料经渗硼后一般具有如下优点：
①具有很高的硬度。FeB相显微硬度为1890~2340HV， Fe2B相显微硬度为1090~1680HV。
②具有较高的耐磨性，并具有良好的减摩作用。尤其抗磨粒磨损性能要优于渗碳和渗氮[9]。
③具有良好的高温抗氧化性能和高的红硬性。硼铁化合物FeB、Fe2B是十分稳定的化合物，在600℃以下具有良好的抗氧化性，且随着渗硼层厚度的增加高温抗氧化性能提高[10-11]。由于硼铁化合物很稳定，所以在800℃下仍可以保持比较高的硬度，红硬性非常好[11]。
④具有较高的抗腐蚀性能。除硝酸外，经过渗硼处理的工件在所有的酸、碱、盐中都具有较高的抗腐蚀性[12-13]。
但是钢铁材料经渗硼以后也具有一定的缺点：因为硼铁化合物本身是硬而脆的金属化合物，一般硼化层由Fe2B或者FeB+Fe2B组成，其中Fe2B相的硬度一般为1300-1800HV，而FeB相一般达到1600-2200HV，且FeB相的脆性比较大，所以两相硼化层的脆性和剥落倾向比较大[14]，这是渗硼工艺应用受限的一个主要原因。
综上所得，钢的渗硼动力学是具有很大的研究价值的。因为要得到性能优异的渗硼层，与很多因素有关。如硼化层过厚，也会增加其脆性和剥落倾向。而且不同碳含量的钢经不同温度和保温时间渗硼后的渗硼层厚度、硬度都有所不同。所以只有做出不同钢种的渗硼层生长动力学曲线（渗硼层厚度与时间、温度的关系）以及渗硼层等厚度图，这样通过设定的渗硼时间和温度可预测渗硼层的厚度;反之也可以根据确定的渗硼厚度调整渗硼时间和温度，这是对工业生产具有非常好的指导意义[15]。
1.4 渗硼动力学研究的方法
首先对钢进行渗硼，清洗、镶嵌、抛光、腐蚀等操作。然后用仪器测量出渗层厚度。
通过所得的渗硼层厚度，利用软件做出不同钢种渗硼层生长动力学曲线以及渗硼层等厚图。
根据Fick扩散第二规律[16]，扩散厚度的平方和扩散时间成正比由式1.1表示：
d2=Kt （1.1）
式中：d—渗硼层厚度，m
K—生长速率， m2/s
t—时间， s
用d2和t作图，拟合后所得到的斜率就是K值。
再根据Arrhenius公式, K与扩散温度的关系可由式1.2表示为：
K =K0 exp [ - Q / (RT) ] （1.2）
式中 Q—硼平均扩散激活能，J/mol
K—扩散速率（常数）， m2/s
K0—常数
R—气体常数，J/(mol*K)
T—温度，K
公式两边取对数得：lnK = lnK0- (Q / RT) （1.3）
由公式可以看出，平均扩散激活能Q只和lnK与1/T作图后所得直线的斜率有关。
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