CN101255542A - 直流电场加速固体粉末渗铝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流电场加速固体粉末渗铝的方法，其采取在固体粉末渗铝剂中相对零件欲渗铝面平行放置的仿形板状电极作为电场正极，以需渗铝金属件作为负极，正负电极与渗铝剂装入渗箱中密封，置于箱式炉中加热，同时在需渗铝金属件与正极间施加直流电场，即可实现快速渗铝。本发明与现行固体渗铝相比，在500～800℃范围的不同温度，可实现粉末渗铝且能够显著提高渗速，可提高固体粉末渗铝速度、降低渗铝温度、提高渗铝剂的利用率。

Description

直流电场加速固体粉末渗铝的方法

技术领域：

本发明属于金属零件表面化学热处理的方法，特指一种用于金属零件表面抗氧化、耐腐蚀的直流电场加速固体粉末渗铝的方法。

背景技术：

将铝元素渗入工件表层的化学热处理工艺称为渗铝，渗铝能够在钢材表面形成一层保护涂层，使之具有抗氧化性、耐蚀性等优良性能，从而在某些特定的环境下可以用普通渗铝碳素钢代替不锈钢，因此具有很重要的经济价值，渗铝工艺方法有固体粉末渗铝法，热浸渗铝法和气相渗铝法等，但使用比较多的主要是固体粉末法，热浸渗铝等。

目前的固体粉末渗铝根据零件性能要求及零件材质的不同，一般是在900～1000℃的范围内进行高温渗铝，常用的保温时间为6～10小时不等，获得几十到几百微米的渗铝层；根据齐宝森等编著，2006年北京：化学工业出版社的《化学热处理技术》，pp448，和丁庆如，“碳钢固体粉末渗铝工艺及应用”，《石油工程建设》，1995年，No.5，pp32～35，这种工艺存在处理温度高、处理时间长，渗剂利用率不高等不足；为了解决这些不足，降低渗铝温度和渗铝时间，开发节能高效渗铝工艺为人们所关注。例如中国发明专利，200410009189.1“一种加速制备合金涂层的方法”，该方法是利用热能与机械撞击的结合，形成合金涂层；专利01107820.0，“机械能助渗表面改性技术”，利用渗剂和冲击粒子在加热滚筒内对工件表面冲击，实现机械能助渗金属表面改性。上述两种方法能够降低粉末渗铝温度，减少保温时间，但是其工艺本身需利用机械震动进行，操作相对复杂。由于机械震动本身也需消耗大量能量，节能效果有待进一步提高。

由于目前的固体粉末渗铝中活性铝原子的产生是由于在高温作用下渗剂热分解而来，其浓度与渗铝温度，渗剂中供铝剂和活化剂含量等有着直接关系，铝向零件表面的扩散也主要依赖于温度的作用，向各处扩散运动的几率是一样的，所以渗铝时有相当多的活性铝原子渗入渗箱的内壁和零件的非工作表面，造成很大浪费，从而存在处理温度高、处理时间较长、渗剂利用率不高、成本较高等不足之处。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种直流电场加速固体粉末渗铝的方法。本发明通过直流电场强化渗铝剂反应，促进渗铝剂的分解，加速活性铝原子的有效扩散和吸收，显著降低渗铝温度，加快渗速，提高供铝剂的利用率，在500～800℃范围内的不同温度，可实现粉末渗铝，渗速得到显著的提高。

本发明为解决上述技术问题通过下列技术方案来实现的，一种直流电场加速固体粉末渗铝的方法，其特征为：在供铝剂、活化剂、催渗剂、填充剂等组成的固体粉末渗铝剂中放置一个根据拟渗铝零件外形设计的仿形板状电极，以该电极为正极，零件为负极，两极相互平行，两极分别对应连接在一个电压在5～100V范围内连续可调的专用直流电源的正、负极上，仿形板状电极和零件与渗铝剂一起密封在渗箱中，将渗箱置于箱式炉中加热，温度范围为500～800℃，当炉温达到设定值后，在两极间加上5～100V之间的电压。

上述正、负极两极极间距离为10～100mm。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明克服了常规固体粉末渗铝单纯依赖渗剂受热分解产生活性铝原子之不足，利用直流电场的物理作用促进渗剂的分解，增加活性铝原子的浓度和活性，在热扩散的同时，利用板状正极的特殊形状和放置位置，直流电场还加快活性铝原子向零件(负极)需渗铝面的定向扩散，相对减少了渗箱内壁与零件非工作面相对铝原子的吸收，从而可以降低渗铝温度，加快渗速，提高供铝剂的利用率。

2、本发明使用与现行常规固体粉末渗铝相同渗剂，可采用低温加热、短时保温获得与常规渗铝同样的渗铝层厚度。当采用与常规渗铝同样的加热温度和保温时间时，渗铝层厚度可增加3-8倍，从而节约能源，降低生产成本。相对其它现有技术，本发明操作简单易行。

附图说明：

图1为直流电场加速固体粉末渗铝方法实施的示意图。

1.可控直流电源系统，2.导线，3.金属工件(负极)，4.仿形电极板(正极)，5.渗箱，6.渗铝粉末渗剂

具体实施方式：

本发明的示意图如图1所示，下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

被渗材料：45钢，20钢；渗铝剂构成：供铝剂(铝铁，含量60％)、活化剂(氯化铵，含量1％)、填充剂(石英砂或氧化铝，含量39％)。

在上述物质组成的固体粉末渗铝剂中放置一个根据欲渗铝零件外行设计的板状电极，以该电极作为正极，以零件作为负极，两极相互平行，板状正极和被渗试样间距离10mm，两极分别对应连接在一个电压在5～100V范围内连续可调的专用直流电源的正、负极上，板状电极和零件与粉末渗剂一起由密封在渗箱中，然后将渗箱置于箱式电阻炉中加热，渗铝温度为800℃，渗铝时间4小时，当炉温达到设定值后，在两极间加上5V的电压。

试验结果：45钢获得200μm的渗铝层，20钢获得215μm的渗铝层。而现有的渗铝工艺方法采用相同渗剂配方，经800℃，4小时渗铝，两种材料几乎不形成渗铝层。

实施例2：

被渗材料：45钢，20钢；渗铝剂构成：供铝剂(铝铁，含量60％)、活化剂(氯化铵，含量1％)、填充剂(石英砂或氧化铝，含量39％)。

在上述物质组成的固体粉末渗铝剂中放置一个根据欲渗铝零件外行设计的板状电极，以该电极作为正极，以零件作为负极，两极相互平行，板状正极和被渗试样间距离50mm，两极分别对应连接在一个电压在5～100V范围内连续可调的专用直流电源的正、负极上，板状电极和零件与粉末渗剂一起由密封在渗箱中，然后将渗箱置于箱式电阻炉中加热，渗铝温度为650℃，渗铝时间4小时，当炉温达到设定值后，在两极间加上50V的电压。

试验结果：45钢获得180μm的渗铝层，20钢获得160μm的渗铝层。而现有的渗铝工艺采用相同渗剂配方，经650℃，4小时渗铝，两种材料几乎不形成渗铝层。

实施例3：

被渗材料：45钢，渗铝剂构成：供铝剂(铝铁，含量60％)、活化剂(氯化铵，含量1％)、填充剂(石英砂或氧化铝，含量39％)。

在上述物质组成的固体粉末渗铝剂中放置一个根据欲渗铝零件外行设计的板状电极，以该电极作为正极，以零件作为负极，两极相互平行，板状正极和被渗试样间距离100mm，两极分别对应连接在一个电压在5～100V范围内连续可调的专用直流电源的正、负极上，板状电极和零件与粉末渗剂一起由密封在渗箱中，然后将渗箱置于箱式电阻炉中加热，渗铝温度为500℃，渗铝时间4小时，当炉温达到设定值后，在两极间加上100V的电压。

试验结果：45钢获得30μm的渗铝层，而现有的渗铝工艺采用相同渗剂配方，经500℃，4小时渗铝，几乎不形成渗铝层。

Claims (2)

1、一种直流电场加速固体粉末渗铝的方法，其特征是：在供铝剂、活化剂、催渗剂、填充剂等组成的固体粉末渗铝剂中放置一根据欲渗铝零件外形设计的仿形板状电极，以该电极作为正极，以零件作为负极，两极相互平行，两极分别对应联接在一个可调的专用直流电源的正、负极上，仿形板状电极和零件与渗铝剂一起密封在渗箱中，将渗箱置于箱式电阻炉中加热，温度范围为500～800℃，当炉温达到设定值后，在两极间加上5～150V的电压。

2、根据权利要求1所述的直流电场加速固体粉末渗铝的方法，其特征在于上述正、负极两极极间距离为5～50mm。