Борирование стали проводят для повышения ее поверхностной твердости ( до 1800-2000 HV), соответственно износостойкости, повышения коррозионной стойкости, окалиностойкости (до 800°С) и теплостойкости. Процесс заключается в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали бором при нагревании в определенной среде. В зависимости от способа борирования можно получить как однослойную, так и двухслойную поверхность стали. После борирования, микроструктура стали выглядит как показано на рисунке.
Газовое борирование
Газовое борирование схоже с процессами цементации и азотирования сталей. Процесс проводят в печах в среде диборана (В2Н6), треххлористого бора (ВСl3), триметила - (СН3)3В или других борсодержащих веществ. Чаще применяют диборан и треххлористый бор, который разбавляют водородом, аргоном, азотом или аммиаком. Применение азота в качестве разбавителя сильно снижает взрывоопасность среды. Насыщение прoводят при температурах 800-900°С. Время выдержки составляет от 2 до 6 часов. Существенное влияние на результаты борирования оказывает избыточное давление насыщающей среды. При газовом борировании на углеродистых сталях формируется боридный слой толщиной 0,1-0,2 мм и твердостью 1800-200HV.
Электролизное борирование
Такое борирование чаще проводят при электролизе расплавленной буры (Na2B4O7). Процесс проводят в ваннах при температуре 930-950°С, время выдержки 2-6 часов. Борируемые изделия служат в качестве катодов, которые монтируются на подвески.
Жидкостное борирование
Жидкостное борирование основано на диффузионном безэлектролизном насыщении поверхности стали бором. Его, также как и электролизное борирование, проводят в печах-ваннах. В качестве насыщающих сред используют расплавленные хлористые соли (NaCl, BCl2) с добавками ферроброма или карбида бора. Также применяют расплавы других щелочных металлов, например Na2B407. В данном случае, к расплаву дополнительно добавляют электрохимические восстановители: химически активные элементы (Al, Si, Ti, Са, Мn, В и др.) или ферросплавы, лигатуры и химические соединения на их основе. Для получения двухфазных (FeB + Fe2B) слоев можно использовать расплав, состоящий из 60-70 % Na2B407 и 40-30 % В4С. Для получения однофазных (Fe2B) слоев можно использовать расплав, состоящий из 70 % Na2B407 и 30 % SiC
Другие технологические способы борирования
Часто, с целью местного борирования, применяю борирование пастами. Такой способ целесообразен для химико-термической обработки крупногабаритных изделий. Также стоит отметить способ борирования в ящиках при помощи порошков-наполнителей. При таком способе используют порошки аморфного и кристаллического бора, карбида бора, ферробора и т.д. Процесс проводят при температуре 900-1000°С в течение 2-6 часов. При этом получается слой толщиной 0,08-0,15 мм.
В качестве преимущества борирования перед другими способами химико-термической обработки стоит отметить более высокую поверхностную твердость стали.
