Kierownik projektu: dr hab. Jerzy Wiedermann, prof. nzw.(Zakład Badań Właściwości i Struktury Materiałów)

Celem pracy była weryfikacja technologii wytwarzania warstw borowanych na wyrobach stalowych oraz ocena wpływu parametrów borowania na właściwości i strukturę otrzymanych warstw. Ponadto, przeprowadzono analizę procesów korozyjnych i erozyjnych warstw borowanych oraz weryfikację technologii ich uszczelniania.

Warstwy dyfuzyjne otrzymywane w wyniku nasycania żelaza i stali borem powstają na skutek działania mechanizmu dyfuzji reaktywnej i składają z borków żelaza: Fe₂B dla struktury jednofazowej oraz FeB + Fe₂B dla struktury dwufazowej. W zależności od struktury uzyskuje się różne właściwości warstw borkowych. Różnice te wynikają z właściwości borków FeB i Fe₂B. Bor zaadsorbowany przez powierzchnię dyfunduje do stali, tworząc warstwę borków o budowie iglastej i grubości ok. 0,03 – 0,15 mm, zależnej od temperatury, metody borowania oraz składu chemicznego stali. W zależności od stężenia boru w warstwie powierzchniowej stali tworzą się borki FeB i Fe₂B. Warstwy borkowe mają charakterystyczną iglastą budowę, kierunek igieł jest prostopadły do powierzchni, a jednocześnie równoległy do kierunku dyfuzji atomów boru. W stalach węglowych igły te mają ostre zakończenia i są osadzone w metalicznej osnowie, co sprzyja ich wzajemnemu powiązaniu. Naborowane warstwy stali cechują się bardzo dużą twardością, zależną od warunków borowania. Największą twardość, wynoszącą 1900 – 2100 HV0,01 wykazują warstwy borku FeB, nieco niższą 1650 – 2000 HV0,01 Fe₂B. Twardość należy do najważniejszych właściwości warstw borkowych, gdyż korzystnie wyróżnia je od innych powszechnie stosowanych, jak nawęglanych, azotowanych. Duża twardość powoduje bardzo dobrą odporność na ścieranie przy znacznych obciążeniach i braku smarowania.

            Przeprowadzona analiza warstw borkowych, otrzymanych przy wykorzystaniu różnych parametrów procesu borowania, pozwoliła na określenie wpływu procentowego udziału części aktywnej w procesie na strukturę, mikrotwardość, skład fazowy i chemiczny otrzymanych warstw. Szczególny nacisk położono na analizę powłok uszczelniających pęknięcia w warstwach borowanych, mających na celu zwiększenie ich odporności korozyjnej.

            Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że wszystkie analizowane procesy borowania prowadzą do równomiernego wzbogacenia warstwy wierzchniej stali w bor. Analizowane warstwy borowane wzrastają w postaci kolumnowych ziarn i charakteryzują się strefową budową, w której skład wchodzi strefa zewnętrzna złożona z borków żelaza występujących w postaci FeB + Fe₂B. Poniżej strefy borków żelaza stwierdzono występowanie strefy borków chromu.