本文针对4Cr13不锈钢采用传统方法渗硼处理后，渗层脆性大、易脱落、层深浅等缺点，选择从渗硼剂入手，在渗剂中添加了稀土化合物；用正交试验法优化了渗硼剂的主要组分氟硼酸钾和碳化硼的含量；优化了渗硼的工艺参数。用金相显微镜观察了各工艺条件下渗层的组织形态，测量了硼化物层和过渡层的厚度。用X射线衍射仪（XRD）对渗层的表面和次表面相结构进行了分析；借助于扫描电镜（SEM），观察了高倍下硼化物层、过渡区和表面的形貌；用扫描能谱仪（EDS）定点的测定了渗层中各处元素的组成及其含量，分析了铬元素在渗硼过程中的变化情况；用显微硬度计对加稀土和不加稀土的渗硼层显微硬度进行了测量和分析；将4Cr13钢用优化了的渗硼剂和渗硼工艺处理后炉冷、淬火的试样以及4Cr13钢直接淬火处理的试样，分别与6Cr15标准样进行滚滑磨损，测量各种工艺下的耐磨性能，并分析了耐磨性能提高的机制。 正交试验结果表明：渗剂中的氟硼酸钾对渗层厚度的影响最大，随着含量的增加，层深递减，其最佳含量为3wt％。碳化硼对层深的影响次于氟硼酸钾，其最佳含量为5wt％。稀土化合物对层深有一定影响，但其加入量对渗层的组织形态影响较大，最佳加入量为0.5wt％。4Cr13钢渗硼的工艺对渗层的组织形态和层深都有较大影响，其中温度的影响最大，随着温度的升高，层深呈近似直线上升，但硼化物的疏松程度却越来越严重，因此，最佳的温度为920℃。时间对层深的影响次于温度，其最佳时间为8小时。 金相观察表明，渗层由白亮层和过渡区组成，白亮层为硼化物层：加稀土渗硼层组织致密，表面有少量疏松，层深稍有增加；不加稀土的硼化物层严重疏松，在渗层中有微裂纹出现。这说明稀土的加入改善了渗层的组织形态，降低了渗层的脆性，提高了渗层的厚度。 X射线对表层和次表层相组成分析表明：硼化物层主要由Fe₂B，FeB，（Fe，Cr）₂B相组成，次表层出现有Fe₄N，Fe₃（CB）相；加稀土渗硼层中Fe₂B，（Fe，Cr）₂B相相对多些，并在表面有稀土相CeOF，LaOCe的出现。这说明40r13钢在渗硼过程中，铬原子溶入Fe₂B中形成了含铬的硼化物；当加稀土渗硼时，表层有微量稀土原子渗入，渗层中Fe₂B型的硼化物含量提高。 扫描电镜分析表明：疏松层是由蜂窝状的硼化物组成，在凹处含有一些杂质。扫描能谱分析表明，加稀土的渗层中硼原子的含量为12～26wt％，不加稀土的试样硼原子含量为18～40wt％，这说明添加稀土化合物，有利于硼原子在渗层摘要中的扩散，形成以FeZB为主的硼化物，降低脆性。合金元素铬在硼化物层中致密区含量为10.5一12.6wt%，稍低于基体;在疏松区含量约为9¹0wt%，明显低于基体;而在过渡区的含量为10.5一38wt%，且分布极不均匀，靠近硼化物层铬元素含量更高些。这说明了在渗硼过程中，合金元素铬出现了内扩散，在过渡区富集。因此强化了过渡区，增强了基体与硼化物层的结合强度。 显微硬度测试表明，4Crl3钢渗硼后从表面到基体硬度有一峰值，表面硬度稍有降低，这是由于表层疏松缘故。过渡区不存在软带现象，这有利于硼化物层与基体的结合。加稀土样的硼化物显微硬度明显低于不加稀土样，且硬度梯度较缓;观察显微硬度压痕四边完整，表明加稀土后渗层的脆性明显得到改善。 磨损试验结果表明，在滑磨试验条件下，与GCrls淬火回火标准样对磨，渗硼淬火样、渗硼炉冷样和直接淬火回火样的相对耐磨性分别为1.471、1.281、0.723。 4Crl3钢渗硼样的耐磨性明显高于淬火样;渗硼后淬火回火样耐磨性优于炉冷样。其原因在于在本试验条件下主要失效形式是接触疲劳磨损，而减少疲劳磨损的主要方法是控制疲劳裂纹的萌生和扩展。通过提高材料的强度、硬度和韧性能够阻止裂纹在表面和次表面的产生和扩展。4Cr13钢渗硼后不仅表面硬度提高，过渡区的强度也得到提高，增加了基体与硼化物层的结合，减少裂纹在次表层的形成与扩展。这可分别从渗硼后淬火、炉冷样以及直接淬火样的磨损结果看出。 基于以上试验表明，通过添加稀土催化剂，优化渗剂配比和工艺参数，4Cr13钢能够得到满意的渗硼层。