3.6 以渗硼为主的共渗及复合渗
为了提高工模具渗层的综合性能，同一工序同时渗入两种或多种元素的处理称为共渗；不同工序分别依次渗入两种或多种元素的处理称为复合渗。
3.6.1 硼氮共渗
为了提高工模具的寿命，国内有些单位对模具进行了硼氮共渗。共渗后的模具既具有渗硼层的高硬度、高耐磨性和高耐热性，同时渗层又有较小的脆性，从而提高了过渡层的强韧性，而且渗层较单独渗硼层更深，具有更高的压应力和更高的断裂强度、塑性和韧性。
工艺1：
（1）渗剂 工业纯高硼铁、尿素、SiC、氟硼酸钾等。
（2）设备 共渗容器可用低碳钢或不锈钢焊制，可在电阻炉中进行。
（3）工艺3Cr2W8V钢热锻模的共渗工艺为：570℃×3h+900℃×5h。共渗后升温至1050℃，保温2h，油淬，550～650℃×2h×3次回火。共渗温度分别为850℃、900℃和950℃，时间均为4h，渗层的厚度分别为0.0435mm、0.0497mm、0.0750mm。
共渗后的硼化物硬度为1400～1800HV，其表面层组织主要是Fe2B相，过渡层是碳的富集区，主要是Fe3C；氮的富集区主要是Fe3 N。经硼氮共渗的3Cr2W8V模具（热冲头）的寿命有较大的提高。
工艺2：
（1）配方（质量分数）5%B4C+5%KBF4+1%活性炭+0.5%NH4Cl+5%（NH2）2CO，SiC余量。
（2）工艺 将工件清洗干净，烘干，装入共渗箱内。1Cr18Ni9Ti钢模具经580℃×3h+900℃×8h，炉冷至400℃出炉空冷。
（3）结果 模具表面显微硬度为1553～1980HV，共渗层厚度为0.05～0.08mm，表面组织为FeB+Fe2B，次层为Fe2B+α-Fe，第三层为Fe2B+α-Fe+γ-Fe。
经硼氮共渗处理的1Cr18Ni9Ti钢模具使用寿命提高1.5～2倍。
3.6.2 硼铝共渗
硼铝共渗层比单独渗硼层具有更好的耐磨、耐热和耐蚀性，可用于热作模具。常用硼铝共渗工艺见表3-29。
表3-29 常用硼铝共渗工艺
（续）
3.6.3 硼硅共渗
硼硅共渗可提高钢的抗氧化和耐蚀性。可采用固体粉末法、熔盐法和电解法。渗剂中硼、硅含量不同，所获得的渗层相组成也不同。共渗剂中硼、硅含量对渗层组织的影响如表3-30所示。表3-31为硼硅共渗粉末渗剂成分及共渗工艺。
表3-30 共渗剂中硼、硅含量对渗层组织的影响
表3-31 硼硅共渗粉末渗剂成分及共渗工艺
20钢电解硼硅共渗还能提高在w（NaCl）13%、w（HCl）10%、w（H2SO4）10%水溶液中的耐蚀性，见表3-32。
表3-32 20钢电解硼硅共渗工艺与耐蚀性
（续）
3.6.4 硼锆共渗
为了改善渗硼层的脆性，并提高抗动载能力，已开发出硼锆共渗工艺。硼锆共渗是在渗硼剂中添加供锆剂进行硼锆共渗，采用膏剂法950℃×2～10h工艺，可获得0.04～0.10mm的共渗层。共渗剂组成（质量分数%）如下：
1）45%～60%B4C+5%～10%B2Zr+5%～10%NaF+铁屑。
2）50%～55%B4C+4%～7%硼酐+3%～4%Cu+2%～4%Zr+3%～6%NaF+SiO2（余量）。其中NaF是活化剂，铁屑在加热时氧化成氧化铁而成为惰性填充剂，有防止粘结的作用。
硼锆共渗层与渗硼层没有明显的区别，渗层内除FeB、Fe2B外，还有硼化锆（ZrB2）和碳化锆（ZrC）。硼锆共渗的工件具有较高的耐磨性，在动载荷下的耐磨性高于渗硼的工件。经硼锆共渗的工模具在某些介质中具有较高的耐蚀性，在盐酸水溶液中，其化学稳定性比渗硼钢高。
3.6.5 硼碳复合渗
美国专利提出，在重载荷下工作的要求非常耐磨的零件，如地质钻机钻头轴承，对其进行硼碳复合渗，耐磨性可与钨钴系钴基硬质合金在轴承枢轴的槽底内沉积相媲美。其工艺路线为：先在轴承枢轴表面进行气体渗碳（渗层深度为1.52mm），再经渗硼（渗层深度为0.103mm）、淬火、回火。
硼碳复合渗（先渗碳后渗硼）用于既要求高的接触疲劳强度、又要求高的耐磨性的牙轮钻头（轴颈部分）等工件。
滚子接触疲劳试验表明，20CrMnTi钢硼碳复合渗后，接触疲劳强度高于单一渗碳处理。在MM200磨损试验机上进行滚动摩擦试验，20CrMnTi钢经硼碳复合渗的耐磨性比单纯的渗碳处理高1.5倍以上，而且在较高载荷、较高滑动速度下，不会出现咬合现象。
3.6.6 硼和其他元素共渗
（1）硼钒共渗 硼钒共渗既能提高渗层硬度、耐磨性，又能降低渗硼层引起的脆性。硼钒共渗在硼砂盐浴中进行，不需要添置多少专用设备，工艺简单，操作方便，易于推广。
将硼砂放入坩埚中熔融后，加硼铁粉、钒铁粉，边加边搅拌，待炉温达到共渗温度（900～1000℃）后放入工件，在盐浴表面覆盖一层木炭。共渗后，将工件取出空冷，煮掉残盐，表面呈深灰色。
低于950℃共渗处理，渗层主要是（Fe、V）2B型化合物，表面硬度为1800～2250HV；共渗温度超过950℃时，渗层的相结构则以V3B2为主，并失去齿状特征，渗层梯度变得平坦，且没有明显的双层现象。表面硬度为2250～2900HV。
（2）硼铬共渗 硼铬共渗采用电解盐浴法。盐浴成分（质量分数）：4%～6%氧化铬+18%～23%NaCl+硼砂（余量）。共渗温度为900～1000℃。渗层硬度为1850～2250HV。通过抗弯、耐蚀及热硬性试验表明，与单一渗硼层相比，共渗层具有良好的耐蚀性、热硬性和较低的脆性。
（3）硼铜共渗 渗剂成分（质量分数）：92%～97.6%（84%B4C+16%Na2B4O7）+2.4%～8%Cu。共渗工艺为950℃×6h。在共渗过程中铜溶于硼化层，形成以硼化铁为基的固溶体，降低了渗硼层的脆性。渗硼层的硬度相应地降低10%～20%，如45钢硼化层的硬度由1800HV降到1400～1600HV。在有润滑的滑动摩擦条件下，碳钢工件硼铜共渗与单独渗硼耐磨性相同。
（4）硼钼共渗 有时为了提高工模具的耐热性，往往采用硼钼共渗。渗剂成分（质量分数）：40%～60%B4C+10%～15%钼粉+4%～6%NaF+氧化铁（余量）。
（5）硼钛共渗 共渗方法有粉末法和电解法。粉末法可用以碳化硼和钛铁（或纯钛）为基的粉末介质，由碳化硼、钛铁（47%Ti）、硼砂、氯化铵和氯化钠等组成，见表3-33。电解法共渗在Na2B4O7-TiO2熔盐中进行，温度为950～1050℃，电流密度为0.2～0.4A/cm2。
硼钛共渗层具有较高的耐磨性。在旋转拉丝机的加热元件喷嘴上渗B或B-Cr、B-Al和B-Ti共渗等渗层的对比试验中，B-Ti渗层耐磨性最高。
表3-33 硼钛共渗介质成分（质量分数）（%）
