AISI 410不锈钢具有良好的强度、韧性、加工性能以及中等程度的耐腐蚀性能等一系列优点,常用于制作石油工业阀门。随着石油工业的发展,设备服役环境越来越恶劣,平板阀在工作期间会受到高压原油流体中硬质杂质颗粒以及腐蚀性介质的综合作用,因此要求平板阀具有较高的硬度、耐磨性和耐蚀性。研究表明,膏剂渗硼能够实现表面强化,改善零部件表面的硬度、耐磨性以及耐腐蚀性能,可以提高零件的使用寿命,并具有设备简单、适应性强、成本低廉等优点。因此,本课题将AISI 410不锈钢作为基体材料,采用膏剂渗硼处理对其进行渗硼研究。采用GSB–Ⅱ型渗硼剂,在900℃、950℃、1000℃和1050℃的温度下保温7 h进行膏剂渗硼,并分别采取不同的冷却方式冷却。结果表明,在以上渗硼温度下得到的渗硼层均为双层组织,外渗层、内渗层相组成分别为Fe B、Fe2B;随着渗硼温度升高,试样表面的渗硼层厚度增加,但是渗硼层中孔洞和疏松增多;冷却速率对渗硼层厚度影响不明显,但是对渗硼层质量影响较大,在采取空冷时容易出现裂纹,引起渗硼层剥落,随炉冷却时无裂纹出现。AISI 410不锈钢基体在950℃下渗硼保温7 h后试样渗硼层厚度可达到94.18μm,同时渗硼层缺陷较少。渗硼处理后,基体表面平均硬度由205 HV提高到1576 HV;摩擦系数减小,磨损率降低了45%,耐磨性得到明显提高;自腐蚀电位提高25%,自腐蚀电流密度由4.5×10-3 A/cm~2减小1.5773×10-4A/cm~2,耐蚀性得到提升。最终确定AISI 410不锈钢膏剂渗硼的工艺参数为:在950℃保温7 h,然后随炉冷却至150℃后再空冷至室温。为了改善渗硼层质量、提高渗硼层厚度,对渗硼剂配方进行研究。研究表明,当自制渗硼剂配方为:40%B4C+20%KBF4+40%Si C时,得到的渗硼层质量最好,渗硼层厚度为117.14μm,比采用GSB-Ⅱ型商用渗硼剂的渗硼层厚度提高了41.37%,渗硼层孔洞和疏松也更少。由于渗硼层质量改善,渗硼层性能也得到提升,磨损率从2.954m~3 N-1 m-1减小到1.669 m~3 N-1 m-1,自腐蚀电位提高了0.2 V,自腐蚀电流密度从5.3433×10-5 A/cm~2减小到7.8559×10-6 A/cm~2。为了探究稀土元素对渗硼的催渗作用,在渗硼剂中加入稀土氧化物Ce O2进行渗硼。在本文试验条件下,渗硼剂中加入6 wt.%Ce O2时渗硼效果最好,添加Ce O2后得到的渗硼层厚度明显增加,组织致密、缺陷更少,硬度、耐磨性及耐蚀性也有不同程度的提高。稀土的催渗作用主要包括:稀土元素加快了渗硼剂中的化学反应,促进活性硼原子的产生;稀土元素可以净化和活化基体表面,降低表面能,促进活性硼原子在基体表面吸附和扩散;微量稀土原子进入基体表层,引起基体中晶格畸变,为活性硼原子扩散提供了更多的通道,降低了扩散激活能,促进活性硼原子的内扩散。