(1) Background: Boriding is one of the most common methods of thermal-chemical treatment due to its excellent hardness and wear resistance of the produced diffusion layers. However, it has limited application compared to carburizing and nitriding because of fragility and chipping. Introducing another alloying element into the boron media helps avoid those drawbacks and improve other surface properties of the layer. The purpose of this work is to improve the surface mechanical properties of L6 and 5140 low alloy steels by two-component surface hardening with boron and copper. (2) Methods: The treatment was performed by means of a powder-pack method using boron, copper, and aluminum powders in the following proportions: 60% B₄C + 20% Al₂O₃ + 16% CuO + 4% NaF. The time–temperature parameters of the treatment were four hours exposure at 950 °C. Microstructure, elemental, and phase composition were investigated as well as microhardness and wear resistance of the obtained layers. (3) Results: Layers of up to 180–200 μm thick are formed on both steels as a result of treatment. Needle-like structures similar to pure boriding was obtained. The maximum microhardness was 2000 HV on L6 steel and 1800 HV on 5140 steel. These values correspond to iron borides and were confirmed by XRD analysis revealing FeB, Fe₂B, and Cr₅B₃. The wear resistance of both steels was about ten times higher after the treatment compared to non-treated samples. (4) Conclusions: Surface hardening with boron and copper significantly improves the mechanical properties of both alloy steels. The results obtained are beneficial for different tribo-pair systems or three-body wear with abrasion and minimum impact loads.

Research data for diffusion layers obtained on ARMCO Pure Iron samples in boron- and copper-containing powder mixtures are reported. The aim of this study aim has been to reveal the influence of copper content in a saturating mixture on the structure and thickness of the diffusion layer. In experiments, from 120- to 220-µm-thick diffusion layers with different structures have been obtained on ARMCO Pure Iron samples. It has been found that the thickness of the diffusion layer grows and its structure changes with increasing copper content in the saturating mixture.

В работе представлены результаты исследований диффузионных слоёв полученных на образцах из АРМКО-железа в порошковых смесях содержащих бор и медь. Целью являлось исследование влияния содержания меди в составе насыщающей смеси на строение, структуру и толщину диффузионного слоя. Подробно описана методика проведения эксперимента: описание составов насыщающей смеси, режимы проведения боромеднения, дальнейшие металлографические исследования и измерения микротвердости. Проведен сравнительный анализ литературных источников о состоянии и развитии ситуации с поверхностным упрочнением на машиностроительных предприятиях. В результате на образцах из АРМКО-железа были получены диффузионные слои толщиной от 120 до 220 мкм различные по структуре и строению. При толщине 120 мкм слой имеет «классическое» игольчатое строение, а при толщине в 220 мкм слой теряет игольчатую структуру и приобретает вид сплошного слоя с примыкающей перьевидной фазой. Увеличение концентрации меди в 3 раза (состав № 2) по сравнению с составом № 1 оказало влияние на распределение микротвердости. Разница между наибольшими значениями микротвердости несущественна, составляет 50 HV, но дальнейшее распределение имеет более плавный характер, без резких скачков или перепадов. Было установлено, что увеличение содержания меди в насыщающей смеси способствует увеличению толщины диффузионного слоя и изменению строения и структуры слоя. Также медь оказывает влияние на распределение микротвердости полученных диффузионных слоёв. При максимальной концентрации меди в составе насыщающей смеси микротвердость имеет более плавный характер распределения, без резких скачков и перепадов.