中碳钢膏剂渗硼工艺的研究+文献综述(4)
(2) 自保护法膏剂渗硼：将膏状渗硼剂涂在钢件表面，等涂层干燥后再在上面涂一层保护层，干燥之后可直接置于空气炉中进行加热渗硼。这能够解决装箱法膏剂渗硼在渗后热处理上存在的问题。
(3) 感应法膏剂渗硼：将涂上渗硼膏剂后的工件置于感应器中进行高频感应加热的方法。用高频感应加热渗硼所形成的渗层脆性小，其组织主要是Fe2B，不产生FeB相。这是因为工件被迅速加热到高温时，内部的晶粒来不及长大，被高度细化，晶界总长度大大增加，硼沿晶间向内扩散速度快，以致硼的浓度达不到形成FeB所需的值。感应加热渗硼虽然可以缩短渗硼时间，但由于温度和加热时间难于控制不易掌握，因而应用相对较少[12]。
1.1.6 膏剂渗硼的工艺参数
膏剂渗硼，渗硼的结果与渗硼工艺参数的选择密切相关，比如渗剂的厚度、渗硼的温度和时间。
(1)渗剂厚度：由Fe2B的扩散系数决定于涂抹膏剂的。渗剂厚度为5mm以上时，Fe2B的扩散具有最高的流动性，渗层厚度基本稳定，继续增加渗剂厚度，渗层厚度增加不明显[13]。
(2)渗硼温度：在温度为850℃时，试样得到的渗层很薄，且不连续，渗层前端有沿晶界扩展的趋势；当温度提高到910℃时，试样得到了较理想的渗层，渗层紧密，呈手指状，并且渗层较为连续；950 ℃温度时的渗硼试样，渗层厚度进一步增加，由于硼化物的形核特点和硼化物长大过程中受到的阻碍等因素，渗层形貌发生了变化，渗层出现了碎化现象，渗层呈块状或颗粒状。因此910℃为最佳渗硼温度[14]。
(3)渗硼时间：渗硼厚度值与渗硼时间的关系非常符合反应扩散的特点，近似抛物线。随着渗硼时间的延长，渗硼层厚度迅速增加，当渗硼时间达到一定值时，时间继续延长，渗硼层厚度增加缓慢[15]。由于供硼剂的不同，渗硼时间的选择也有所不同。小于3 h，渗层很薄，4h~6h渗层厚度快速增加，可以达到100μm到200μm。由于保温时间太长会加剧材料晶粒长大，因此5h为最佳渗硼时间。
1.2 膏剂渗硼的机理
膏剂渗硼的过程可分为：含硼介质在一定的温度和时间下发生一系列的化学反应生成具有活性的硼，以[B]表示，生成的[B]被吸附在需要渗硼的钢件表面上，接着[B]由钢件表面向内部扩散形成硼化物的三个基本过程。
(1)膏剂渗硼时的化学反应：以碳化硼作为供硼剂、氟硼酸钾作为活化剂、活性炭作为还原剂和碳化硅作为填充剂为主要成分的渗剂，加热反应当中发生以下几个主要的化学反应[16]：
KBF4= KF+ BF3 ↑ (a)
2B4C+2BF3+5O2=3[B]+3BF2 ↑+ 2B2O3+2 CO2 ↑ (b)
B4C+ 2KF+SiC+4O2=[B]+BF2 ↑+B2O3+2CO↑+K2SiO3 (c)
4BF3+3SiC+4O2=B2O3+3CO↑+SiO2+2BF2 ↑+2SiF4 (d)
以上反应产生的BF2可直接分解出活性硼原子，产生的B2O3又能分解或与BF3和SiC反应生成BF2和[B]。表达式为：
3BF2=[B]+2BF3↑ (a)
2B2O3+2BF3=3B2O3+3F2↑ (b)