3.6 以滲硼為主的共滲及復合滲

為了提高工模具滲層的綜合性能，同一工序同時滲入兩種或多種元素的處理稱為共滲；不同工序分別依次滲入兩種或多種元素的處理稱為復合滲。

3.6.1 硼氮共滲

為了提高工模具的壽命，國內有些單位對模具進行了硼氮共滲。共滲后的模具既具有滲硼層的高硬度、高耐磨性和高耐熱性，同時滲層又有較小的脆性，從而提高了過渡層的強韌性，而且滲層較單獨滲硼層更深，具有更高的壓應力和更高的斷裂強度、塑性和韌性。

工藝1：

（1）滲劑 工業純高硼鐵、尿素、SiC、氟硼酸鉀等。

（2）設備 共滲容器可用低碳鋼或不銹鋼焊制，可在電阻爐中進行。

（3）工藝3Cr2W8V鋼熱鍛模的共滲工藝為：570℃×3h+900℃×5h。共滲后升溫至1050℃，保溫2h，油淬，550～650℃×2h×3次回火。共滲溫度分別為850℃、900℃和950℃，時間均為4h，滲層的厚度分別為0.0435mm、0.0497mm、0.0750mm。

共滲后的硼化物硬度為1400～1800HV，其表面層組織主要是Fe₂B相，過渡層是碳的富集區，主要是Fe₃C；氮的富集區主要是Fe₃ N。經硼氮共滲的3Cr2W8V模具（熱沖頭）的壽命有較大的提高。

工藝2：

（1）配方（質量分數）5%B₄C+5%KBF₄+1%活性炭+0.5%NH₄Cl+5%（NH₂）2CO，SiC余量。

（2）工藝 將工件清洗干凈，烘干，裝入共滲箱內。1Cr18Ni9Ti鋼模具經580℃×3h+900℃×8h，爐冷至400℃出爐空冷。

（3）結果 模具表面顯微硬度為1553～1980HV，共滲層厚度為0.05～0.08mm，表面組織為FeB+Fe₂B，次層為Fe₂B+α-Fe，第三層為Fe₂B+α-Fe+γ-Fe。

經硼氮共滲處理的1Cr18Ni9Ti鋼模具使用壽命提高1.5～2倍。

3.6.2 硼鋁共滲

硼鋁共滲層比單獨滲硼層具有更好的耐磨、耐熱和耐蝕性，可用于熱作模具。常用硼鋁共滲工藝見表3-29。

表3-29 常用硼鋁共滲工藝

（續）

3.6.3 硼硅共滲

硼硅共滲可提高鋼的抗氧化和耐蝕性?？刹捎霉腆w粉末法、熔鹽法和電解法。滲劑中硼、硅含量不同，所獲得的滲層相組成也不同。共滲劑中硼、硅含量對滲層組織的影響如表3-30所示。表3-31為硼硅共滲粉末滲劑成分及共滲工藝。

表3-30 共滲劑中硼、硅含量對滲層組織的影響

表3-31 硼硅共滲粉末滲劑成分及共滲工藝

20鋼電解硼硅共滲還能提高在w（NaCl）13%、w（HCl）10%、w（H₂SO₄）10%水溶液中的耐蝕性，見表3-32。

表3-32 20鋼電解硼硅共滲工藝與耐蝕性

（續）

3.6.4 硼鋯共滲

為了改善滲硼層的脆性，并提高抗動載能力，已開發出硼鋯共滲工藝。硼鋯共滲是在滲硼劑中添加供鋯劑進行硼鋯共滲，采用膏劑法950℃×2～10h工藝，可獲得0.04～0.10mm的共滲層。共滲劑組成（質量分數%）如下：

1）45%～60%B₄C+5%～10%B₂Z_r+5%～10%NaF+鐵屑。

2）50%～55%B₄C+4%～7%硼酐+3%～4%Cu+2%～4%Zr+3%～6%NaF+SiO₂（余量）。其中NaF是活化劑，鐵屑在加熱時氧化成氧化鐵而成為惰性填充劑，有防止粘結的作用。

硼鋯共滲層與滲硼層沒有明顯的區別，滲層內除FeB、Fe₂B外，還有硼化鋯（ZrB₂）和碳化鋯（ZrC）。硼鋯共滲的工件具有較高的耐磨性，在動載荷下的耐磨性高于滲硼的工件。經硼鋯共滲的工模具在某些介質中具有較高的耐蝕性，在鹽酸水溶液中，其化學穩定性比滲硼鋼高。

3.6.5 硼碳復合滲

美國專利提出，在重載荷下工作的要求非常耐磨的零件，如地質鉆機鉆頭軸承，對其進行硼碳復合滲，耐磨性可與鎢鈷系鈷基硬質合金在軸承樞軸的槽底內沉積相媲美。其工藝路線為：先在軸承樞軸表面進行氣體滲碳（滲層深度為1.52mm），再經滲硼（滲層深度為0.103mm）、淬火、回火。

硼碳復合滲（先滲碳后滲硼）用于既要求高的接觸疲勞強度、又要求高的耐磨性的牙輪鉆頭（軸頸部分）等工件。

滾子接觸疲勞試驗表明，20CrMnTi鋼硼碳復合滲后，接觸疲勞強度高于單一滲碳處理。在MM200磨損試驗機上進行滾動摩擦試驗，20CrMnTi鋼經硼碳復合滲的耐磨性比單純的滲碳處理高1.5倍以上，而且在較高載荷、較高滑動速度下，不會出現咬合現象。

3.6.6 硼和其他元素共滲

（1）硼釩共滲 硼釩共滲既能提高滲層硬度、耐磨性，又能降低滲硼層引起的脆性。硼釩共滲在硼砂鹽浴中進行，不需要添置多少專用設備，工藝簡單，操作方便，易于推廣。

將硼砂放入坩堝中熔融后，加硼鐵粉、釩鐵粉，邊加邊攪拌，待爐溫達到共滲溫度（900～1000℃）后放入工件，在鹽浴表面覆蓋一層木炭。共滲后，將工件取出空冷，煮掉殘鹽，表面呈深灰色。

低于950℃共滲處理，滲層主要是（Fe、V）2B型化合物，表面硬度為1800～2250HV；共滲溫度超過950℃時，滲層的相結構則以V₃B₂為主，并失去齒狀特征，滲層梯度變得平坦，且沒有明顯的雙層現象。表面硬度為2250～2900HV。

（2）硼鉻共滲 硼鉻共滲采用電解鹽浴法。鹽浴成分（質量分數）：4%～6%氧化鉻+18%～23%NaCl+硼砂（余量）。共滲溫度為900～1000℃。滲層硬度為1850～2250HV。通過抗彎、耐蝕及熱硬性試驗表明，與單一滲硼層相比，共滲層具有良好的耐蝕性、熱硬性和較低的脆性。

（3）硼銅共滲 滲劑成分（質量分數）：92%～97.6%（84%B₄C+16%Na₂B₄O₇）+2.4%～8%Cu。共滲工藝為950℃×6h。在共滲過程中銅溶于硼化層，形成以硼化鐵為基的固溶體，降低了滲硼層的脆性。滲硼層的硬度相應地降低10%～20%，如45鋼硼化層的硬度由1800HV降到1400～1600HV。在有潤滑的滑動摩擦條件下，碳鋼工件硼銅共滲與單獨滲硼耐磨性相同。

（4）硼鉬共滲 有時為了提高工模具的耐熱性，往往采用硼鉬共滲。滲劑成分（質量分數）：40%～60%B₄C+10%～15%鉬粉+4%～6%NaF+氧化鐵（余量）。

（5）硼鈦共滲 共滲方法有粉末法和電解法。粉末法可用以碳化硼和鈦鐵（或純鈦）為基的粉末介質，由碳化硼、鈦鐵（47%Ti）、硼砂、氯化銨和氯化鈉等組成，見表3-33。電解法共滲在Na₂B₄O₇-TiO₂熔鹽中進行，溫度為950～1050℃，電流密度為0.2～0.4A/cm²。

硼鈦共滲層具有較高的耐磨性。在旋轉拉絲機的加熱元件噴嘴上滲B或B-Cr、B-Al和B-Ti共滲等滲層的對比試驗中，B-Ti滲層耐磨性最高。

表3-33 硼鈦共滲介質成分（質量分數）（%）