钢铁材料经渗硼后能获得高温硬度高,耐磨性能好,耐腐蚀性好等综合性能优越的渗硼层,并且具有广阔的应用前景。然而传统渗硼温度高,易在渗硼层表层形成FeB相、疏松和孔洞等缺陷,这是限制渗硼应用扩展的主要原因。本文对常规粉末渗硼密封方法进行改进,并针对传统电场辅助渗硼时用SiC作填充剂在高温时电场热效应高的不足,用α-Al₂O₃替代SiC作填充剂。通过调整渗硼剂配方和渗硼温度及时间参数,对电场辅助渗硼层的相组织结构、渗层缺陷和性能进行了系统研究。结果表明用α-Al₂O₃作填充剂能够显著提高渗硼剂在高温下的电阻,减少电场辅助渗硼的焦耳热,从而显著增强电场的辅助渗硼效果。这样不仅能提高低温下的渗硼层厚度,而且还可以提高渗层质量,并促进形成单相Fe₂B渗层。总结如下:低温电场辅助渗硼时,渗硼剂的电流会有断崖式降低并最终稳定在较低电流密度值,与之对应的渗硼罐内的温度也有类似的变化规律。渗灌内实测温度反映出在渗剂中添加α-Al₂O₃能够显著减小电场辅助渗硼的热效应。电场辅助渗硼开始时硼势高,在样品表面同时形成FeB与Fe₂B相,随着渗硼过程的进行,硼势逐渐降低,FeB相逐渐被消耗并形成Fe₂B相,直到最终形成单一Fe₂B相渗层。在低温下进行电场辅助渗硼时为确保形成单相Fe₂B渗层,渗硼时间应在2h以上以避免FeB相的出现。实验加热温度对电场辅助渗硼的电压有直接的影响,高温渗硼时渗硼剂电阻小,能加上的电压小,电流大,电场形成的热效应大。在900℃渗硼时优化电压为75V,频率为100Hz。低温时渗硼剂电阻大,能加上更高的电压辅助渗硼,电流小,电场增强效果更显著,780℃渗硼时电压可达200V,频率为100Hz。在780℃电场辅助渗硼4h可得到82μm的致密Fe₂B渗层,且渗硼层硬度梯度平缓,最高硬度在表层。