Bórovanie
Difúzia bóru vytvárajúca boridovú vrstvu s tvrdosťou nad 1500 HV.
- Účel
- Extrémna odolnosť proti abrazívnemu opotrebeniu.
- Typické použitie
- Lisovacie nástroje, šneky, diely v abrazívnom prostredí.
- Vhodné materiály
- Ocele, nástrojové ocele, liatina.
- Kategória
- Tepelno-chemické úpravy povrchu
Ako proces funguje
Bórovanie (boridácia) je tepelno-chemická úprava, pri ktorej difúzia bóru do ocele vytvára ultra tvrdú boridovú vrstvu (FeB, Fe₂B) s tvrdosťou 1 400–2 000 HV – najvyššou spomedzi difúznych úprav. Je určená na extrémne abrazívne a erózne opotrebenie.
Najčastejšie sa používa solný kúpeľ (zmesi bórnanu sodného a železnej soli) alebo prášková difúzia („pack boriding“) pri 850–1050 °C počas 2–10 h. Difúzia bóru je veľmi pomalá (~0,02 mm/h), preto sú vrstvy tenké (20–100 µm, výnimočne do 500 µm). Vzniká dvojvrstvová štruktúra: vonkajšia veľmi tvrdá, no krehká vrstva FeB a pod ňou húževnatejšia Fe₂B (~1 200–1 600 HV). Proces sa ukončuje ochladením vzduchom na minimalizáciu deformácií.
Kľúčové procesné parametre
- Teplota: 850–1050 °C (optimálne 850–950 °C)
- Doba: 2–10 h (napr. 4–6 h ≈ 50 µm vrstva)
- Hrúbka vrstvy: 20–100 µm, zriedka do 500 µm
- Tvrdosť vrstvy: 1 400–2 000 HV
- Médium: soli bóru (Na₂B₄O₇ + Fe rozklad) alebo prášok B s aktivátorom
Typické aplikácie
- Súčiastky lisov, kresliace nástroje a diely na spracovanie dreva a kovu
- Kľuky, kladivá a prvky čerpadiel
- Diely v ťažbe a drevospracujúcom priemysle – náhrada nitridovania pri extrémnom oderovom zaťažení
Výhody
- Extrémna tvrdosť – najvyššia spomedzi difúznych úprav
- Vynikajúca odolnosť voči abrazívnemu a eróznemu opotrebeniu
- Nízky koeficient trenia – odolnosť voči adhéznemu zvarovaniu (cold welding)
- Vysoká tepelná stálosť – tvrdosť sa drží až do ~600 °C
Obmedzenia a riziká
- Krehkosť vrstvy – zóna FeB môže praskať a odlupovať sa
- Veľmi tenká vrstva (desiatky µm) pri dlhých procesných časoch
- Nevhodné pre ocele s vysokým obsahom Si a Al (bránia difúzii bóru)
- Následná mechanická úprava (obrúsenie) môže vrstvu poškodiť
Kontrola kvality
- Metalografické meranie hrúbky vrstvy na brúsnom reze
- Mikrotvrdostné profilovanie (HK0,2) – očakávaný rozsah 1 400–1 900 HV
- Mikroskopická kontrola pomeru fáz FeB/Fe₂B
- Skúšky odolnosti voči oderu (Taberov test)
Bezpečnosť a životné prostredie
Bórnany a prášky bóru dráždia oči a kožu – pri manipulácii s práškom sú potrebné respirátory a ochranné pomôcky. Solné kúpele obsahujú toxické soli bóru (prípadne kyanidické či fluoridové zložky), ktoré po použití tvoria nebezpečný odpad. Je potrebné udržiavať recirkuláciu kúpeľa a eliminovať emisie prachu.
Odporúčania pre návrh procesu
- Optimalizovať proces na tvorbu hlavne fázy Fe₂B – lepšia húževnatosť
- Pre vyššiu tvrdosť zvyšovať radšej teplotu než čas (difúzia rastie exponenciálne s T)
- Po procese zvážiť odstránenie krehkej vrstvy FeB mechanicky alebo leptaním – zostane hladší povrch Fe₂B
- Testovať parametre postupne na vzorkách; 70 µm vrstva môže trvať cez 5 hodín
Súvisiace normy
- DIN 8985 — boridácia
- ASTM C1670 — boridované povrchy