在已經過常規淬火的GCr15 軸承鋼表面，利用脈沖Nd: YAG 激光進行了B4C 粉末硼化改性處理。采用掃描電子顯微鏡、X 射線衍射儀、顯微硬度儀及摩擦磨損試驗儀器對激光硼化處理后改性層的顯微組織及性能進行了研究。結果表明:激光硼化改性層由樹枝晶的FeB、Fe2B 和基體組成，改性層的表面硬度高達HV1560，相比處理前硬度提高了81.8%，硬化層深度約為150 um，磨損率相比處理前降低了67.55%，激光硼化后GCr15 鋼表面的硬度和耐磨性能顯著提高。

　　軸承是機械制造裝備中廣泛應用的通用部件之一，其性能和壽命對整個系統質量有著非常關鍵和決定性的影響。如果軸承在高速、高溫、重載、腐蝕等惡劣工作條件下運行，將導致軸承提前失效。硼化物因具有高熔點( 2300~ 3300 K) 、低電阻率、高硬度和高穩定的特點，是改善各類鋼表面性能的首選材料，而在鋼表面形成具有高硬度、耐磨損、抗氧化和腐蝕的硼化層，常用的主要手段為熱化學表面改性方法； 而利用激光在鋼表面進行硼化處理是更為先進的處理技術，其能量密度高度集中，激光作用時間短等特點，部件完成改性處理后幾乎無變形，并且可以獲得硬度值在1200~ 2000VHN 的硼化改性層，其突出的特點為可以進行任何曲面部件的局部表面硼化處理，因而激光硼化是優選處理技術。

　　本工作利用毫秒量級脈沖激光在已經過常規淬火熱處理的GCr15 軸承鋼表面進行了硼化處理，并利用X 射線衍射(XRD) 儀、掃描電鏡(SEM) 等分析儀器對改性層的組織結構，改性層剖斷面硬度梯度和耐磨損性能進行了深入分析。

1、實驗材料及方法

1.1、實驗材料

　　激光硼化的材料選用經過常規淬火熱處理的GCr15軸承鋼，硬度HV857.91=HRC66，磨損率1.88× 10^-5 mm3/m.N； 制作的樣品尺寸為6 mm × 7 mm×30 mm。

表1 選用的GCrl5 鋼試樣化學成分

　　滲硼劑選用粒度為280 目、含量為90% ( 含約10% 的游離碳) 、外觀為黑灰色晶狀的B4C 粉末。

1.2、實驗方法

　　首先用膠水與B4C 粉末均勻混合，調成粘稀的混合物，然后均勻涂刷于清洗干凈的GCr15 鋼表面,并保持厚度在0.15~ 0.3 mm 之間。如果涂覆層太厚，激光處理后容易形成很脆的B4C 涂覆層，在室溫條件下將其晾干。

　　激光器為波長11064 um 的Nd: YAG 脈沖激光,其平均功率為500W，單脈沖能量最大40 J。在實驗的過程中通過工藝優化，最后采用了脈沖能量為1216 J、脈寬為3 ms、頻率10 Hz、光斑直徑為1.5mm、激光束相對移動速度為10 mm/ s 的激光硼化工藝參數。

　　在大氣環境下采用同軸氣流保護裝置進行GCr15 鋼表面硼化處理，保護氣流采用高純氮氣( 純度99.99%) ，通過控制氣流量大小在氣流保護區域內形成層流模式的保護氣流，以排開空氣起到保護作用，若保護氣流形成湍流容易混入環境中的氧氣。保護氣流的大小約為5000 ml/min( 標準狀態) 時可形成層流模式，能夠獲得無氧混入的硼化改性層。耐磨性能測試: 試驗參數為滑速( X) 0.428 m/ s,載荷50 N； 實驗周期60 min； 對磨材料GCr15 鋼環。磨損率用單位力矩上磨損的體積量表示。

　　硬度測試: MH-5-VM 顯微硬度儀。載荷: 25 gf,時間: 5 s。XRD 測試儀器為Philips PW3710。SEM 為JSM-6610 A。

3、結論

　　(1) 在經過淬火處理過后的GCr15 鋼表面利用B4C 粉末進行激光硼化處理，獲得了鑲嵌于基體材料的硬質化合物相，XRD 圖譜顯示改性層主要由AFe、FeB、Fe2B 等相組成。

　　(2) 激光硼化改性層厚度達150 um，表面硬度高達HV1450，耐磨性能較激光硼化處理前提高了67.55% 。

　　(3) 激光硼化過程中，粉末涂覆層的厚度對硼化結果有較大的影響，如果涂刷層厚度太薄，熔池內沒有足夠的B 原子，硬化效果不明顯； 厚度太厚，硼化層中容易出現沙化現象，造成硬化效果不明顯，同時硼化層與基底的附著力降低。

　　(4) 改性層的性能受處理過程中各項工藝參數選擇的影響。