CN102041532A - 不锈钢表面Al-Cr-Fe合金涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不锈钢表面Al-Cr-Fe合金涂层及制备方法。涂层由如下成份组成：27at.％～77.5at.％Al；16.5at.％～66at.％Cr；6at.％～20at.％Fe。制备方法如下：第一步：在不锈钢表面进行镀铬；第二步：采用室温熔盐镀铝法在铬镀层上镀铝，用于镀铝的室温熔盐是AlCl3与有机盐构成的体系，所述的有机盐为卤化烷基吡啶、卤化烷基咪唑和氯化烷芳基铵盐中的一种；第三步：热处理：热处理的工艺参数如下：温度690℃～750℃，时间1h～16h。本发明的Al-Cr-Fe合金涂层具有高铝、铬含量，与基体之间具有优异的结合力，且制备方法适用于各种形状的零部件。
Description
技术领域
本发明属于金属材料表面涂层及其涂层的制备方法领域，具体涉及一种钢铁表面的高铝、铬元素含量的Al-Cr-Fe涂层及其制备方法。
背景技术
铝、铬元素在钢铁高温氧化时，能形成致密的氧化膜，阻止氧化的进一步发生，是抗高温氧化最重要的合金元素[1]。高铝、铬含量的材料，例如原子含量为(65～77.5)％Al-(16.5～28)％Cr-(6～9.1)％Fe的块材具有优异的抗高温氧化性能[2]。但是，这种块材脆性大，难以作为抗氧化材料应用。如钢铁表面能制备出具有高Al、Cr元素含量的Al-Cr-Fe涂层，则可克服其脆性，显著提高钢铁的抗氧化能力。
在钢铁表面制备含铝、铬合金元素的方法有热浸镀、粉末共渗、气相沉积，以及离子渗金属的方法。例如，文献[3]将0Cr18Ni9不锈钢浸入含2wt％～6wt％Cr(1.0at％～3.2at％Cr)的熔融铝液中，得到的涂层是以NiAl相为主的外层、次层为有NiAl析出相的过渡区，底层为固溶NiAl的扩散区，可见涂层中的铬含量不高。铝铬共渗则采用含Al、Cr的粉末为渗剂，以氯化物为活化剂。文献[4]用Cr2O3和氯化物在不锈钢表面得到组成为Al30Cr10Fe60的涂层；美国专利US Patent4467016也提出一种通过先渗铬后渗铝的钢，铬含量大于25wt％(15at.％)，而铝含量小于5wt％。气相沉积法如文献[5]，在Ti基体上制备Al-Cr-Fe涂层，成分接近Al85Cr5Fe10。文献[6]用双重辉光渗金属法在低碳钢表面制备Al-Cr-Fe涂层，组成是Al26.9Cr30.0Fe27.5Mg12.5Zn3.1。
上述方法中，气相沉积法理论上可以制备出多种含量的Al-Cr-Fe涂层，但成分控制困难，涂层与基体结合力较低，且只适用于形状简单的试样。粉末共渗、热浸镀及辉光渗金属等方法一般难以得到高铝、铬含量的涂层。
发明内容
本发明的目的在于提出一种钢铁表面具有高铝、铬含量的Al-Cr-Fe新涂层及其制备方法。该方法适用于各种形状的零部件，同时适合工业化的大规模生产，且制备所得的涂层与基体之间的具有优异的结合力。
本发明采用的技术方案如下：一种不锈钢表面Al-Cr-Fe合金涂层，由如下含量的各成份组成：
27at.％～77.5at.％ Al
16.5at.％～66at.％ Cr
6at.％～20at.％ Fe
制备上述不锈钢表面Al-Cr-Fe合金涂层的方法，包括如下步骤：
第一步：用常规方法在不锈钢表面进行镀铬，铬镀层厚度为1-8μm；
第二步：采用室温熔盐镀铝法在铬镀层上镀铝，用于镀铝的室温熔盐是AlCl3与有机盐构成的体系，所述的有机盐为卤化烷基吡啶、卤化烷基咪唑和氯化烷芳基铵盐中的一种；且AlCl3与有机盐的摩尔比为大于1.0且小于等于2.0；室温熔盐镀铝的工艺参数如下：阳极:铝丝，温度为25℃-60℃，电流密度为5-30mA/cm2；镀覆时间为30min-200min；
第三步：热处理：热处理的工艺参数如下：温度690℃～750℃，时间1h～16h。
本发明的不锈钢表面Al-Cr-Fe合金涂层制备方法中第二步室温熔盐体系中的有机盐卤化烷基吡啶为氯化正丁基吡啶，氯化正丁基吡啶简称BPC，下文统一采用简称。
本发明的不锈钢表面Al-Cr-Fe合金涂层制备方法中第二步室温熔盐体系中的有机盐卤化烷基咪唑为氯化1-甲基-3-乙基咪唑，氯化1-甲基-3-乙基咪唑简称EMIC，下文统一采用简称。
本发明的不锈钢表面Al-Cr-Fe合金涂层制备方法中第二步室温熔盐体系中的有机盐氯化烷芳基铵盐为氯化三乙基苯胺，氯化三乙基苯胺简称TMPAC，下文统一采用简称。
本发明具有如下优点：
1、利用本发明所述制备方法制得的钢铁表面Al-Cr-Fe涂层具有较高的Al、Cr含量。
2、本发明制备Al-Cr-Fe涂层的方法通过扩散热处理方法获得，因此涂层与基体具有优异的结合力；
3、电镀是工业成熟技术，室温熔盐电镀技术容易实现大规模生产，因此本技术可在多种异型件表面制备Al-Cr-Fe涂层。
附图说明
图1是实施例1经过镀铬镀铝后的Cr、Al复合镀层的形貌图；
图2是实施例1经过热处理后Al-Cr-Fe合金涂层的表面层形貌图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一：在1Cr17不锈钢表面制备Al-Cr-Fe合金涂层的具体步骤如下：
1、对1Cr17不锈钢用常规方法镀铬，铬镀层厚度6μm；
2、采用室温熔盐镀铝法再进行镀铝：镀铝在氩气保护手套箱中的AlCl3-EMIC(摩尔比为1.2∶1)溶液中进行，镀覆温度60℃，电流密度30mA/cm2，时间30min，得到铝镀层厚度约为18μm。所得Cr、Al复合镀层的形貌如图1所示；
3、镀后试样在空气炉中进行热处理，热处理温度750℃，保温16h。得到Al-Cr-Fe合金涂层，合金层的厚度约为30μm，如图2所示，基体与合金涂层结合力较好。
经过上述制备方法制得的Al-Cr-Fe合金涂层，经X射线能谱仪分析，成分为54.5Al-35.5Cr-10.0Fe(at.％，原子百分比)。
实施例二：在1Cr17不锈钢表面制备Al-Cr-Fe合金涂层的具体步骤如下：
1、对1Cr17不锈钢用常规方法镀铬，铬镀层厚度2μm；
2、采用室温熔盐镀铝法再进行镀铝：将试样放入氩气保护手套箱中的AlCl3-EMIC(摩尔比为1.5∶1)溶液，在室温25℃下进行镀铝。电流密度5mA/cm2，镀覆200min，得到铝镀层厚度约为20μm；
3、镀后试样在空气炉中进行热处理，热处理温度690℃，保温2h。得到Al-Cr-Fe合金涂层。
经过上述制备方法制得的Al-Cr-Fe合金涂表层成分为61Al-19Cr-20Fe(at.％，原子百分比)。
实施例三：在1Cr17不锈钢表面制备Al-Cr-Fe合金涂层的具体步骤如下：
1、对1Cr17不锈钢用常规方法镀铬，铬镀层厚度4μm；
2、采用室温熔盐镀铝法再进行镀铝：将试样放入氩气保护手套箱中的AlCl3-BPC(摩尔比为2∶1)溶液，在室温25℃下进行镀铝。电流密度10mA/cm2，镀覆125min，得到铝镀层厚度约为25μm；
3、镀后试样在空气炉中进行热处理，热处理温度720℃，保温2h。得到Al-Cr-Fe合金涂层。
经过上述制备方法制得的Al-Cr-Fe合金涂表层成分为77.5Al-16.5Cr-6.0Fe(at.％，原子百分比)。
实施例四：在1Cr17不锈钢表面制备Al-Cr-Fe合金涂层的具体步骤如下：
1、对1Cr17不锈钢用常规方法镀铬，铬镀层厚度8μm；
2、采用室温熔盐镀铝法再进行镀铝：将试样放入氩气保护手套箱中的AlCl3-EMIC(摩尔比为2∶1)溶液，在室温25℃下进行镀铝。电流密度10mA/cm2，镀覆80min，得到铝镀层厚度约为16μm；
3、镀后试样在空气炉中进行热处理，热处理温度740℃，保温1h，得到Al-Cr-Fe合金涂层。
经过上述制备方法制得的Al-Cr-Fe合金涂表层成分为27Al-66Cr-7Fe(at.％，原子百分比)。
实施例五：在1Cr17不锈钢表面制备Al-Cr-Fe合金涂层的具体步骤如下：
1、对1Cr17不锈钢用常规方法镀铬，铬镀层厚度1μm；
2、采用室温熔盐镀铝法再进行镀铝：将试样放入氩气保护手套箱中的AlCl3-TMPAC(摩尔比为2∶1)溶液，在室温45℃下进行镀铝。电流密度20mA/cm2，镀覆50min，得到铝镀层厚度约为20μm；
3、镀后试样在空气炉中进行热处理，温度740℃，保温2h，得到Al-Cr-Fe合金涂层。
经过上述制备方法制得的Al-Cr-Fe合金涂表层成分为44.9Al-47.7Cr-7.4Fe(at.％，原子百分比)。
本发明也适用于1Cr18Ni9Ti、316L等不锈钢，以及普通碳钢等。
参考文献
[1]M.P.Brady，B.Gleeson，I.G.Wright，Alloy design strategies for promotingprotective oxide-scale formation，JOM Journal of the Minerals，Metals and MaterialsSociety，52(2000)16-21
[2]V.Demange，F.Machizaud，J.M.Dubois，J.W.Anderegg，P.A.Thiel，D.J.Sordelet，New approximants in the Al-Cr-Fe system and their oxidation resistance，Journal of Alloys and Compounds，342(2002)24-29
[3]曹啓宏，铝铬涂层抗高温氧化性能的研究，表面技术，20(1991)13-16
[4]N.H.Heo，M.T.Kim，J.H.Shin，C.Y.Kim，Simultaneous chromizing andaluminizing using chromium oxide and aluminum：(II)on austenitic stainless steel，Surface and Coatings Technology，124(2000)39-43
[5]A.Ustinov，S.Polishchuk，V.Scorodzievskii，V.Telychko，Structure andproperties of quasicrystalline and approximant EBPVD coatings of Al-based systems，Zeitschrift Fur Kristallographie，224(2009)9-12
[6]J.Xu，Z.Y.Chen，J.Tao，S.Y.Jiang，Z.L.Liu，Z.Xu，Corrosion behaviour ofamorphous nanocrystalline Al-Cr-Fe film deposited by double glow plasmastechnique，Science in China Series E：Technological Sciences，52(2009)1225-1233
Claims (5)
1.一种不锈钢表面Al-Cr-Fe合金涂层，其特征在于，由如下含量的各成份组成：
27at.％～77.5at.％ Al
16.5at.％～66at.％ Cr
6at.％～20at.％ Fe。
2.制备权利要求1所述的不锈钢表面Al-Cr-Fe合金涂层的方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步：用常规方法在不锈钢表面进行镀铬，铬镀层厚度为1-8μm；
第二步：采用室温熔盐镀铝法在铬镀层上镀铝，用于镀铝的室温熔盐是AlCl3与有机盐构成的体系，所述的有机盐为卤化烷基吡啶、卤化烷基咪唑和氯化烷芳基铵盐中的一种；且AlCl3与有机盐的摩尔比为大于1.0且小于等于2.0；室温熔盐镀铝的工艺参数如下：阳极：铝丝，温度为25℃-60℃，电流密度为5-30mA/cm2；镀覆时间为30min-200min；
第三步：热处理：热处理的工艺参数如下：温度690℃～750℃，时间1h～16h。
3.如权利要求2所述的不锈钢表面Al-Cr-Fe合金涂层制备方法，其特征在于：第二步室温熔盐体系中的有机盐卤化烷基吡啶为氯化正丁基吡啶。
4.如权利要求2所述的不锈钢表面Al-Cr-Fe合金涂层制备方法，其特征在于：第二步室温熔盐体系中的有机盐卤化烷基咪唑为氯化1-甲基-3-乙基咪唑。
5.如权利要求2所述的不锈钢表面Al-Cr-Fe合金涂层制备方法，其特征在于：第二步室温熔盐体系中的有机盐氯化烷芳基铵盐为氯化三乙基苯胺。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2623644A1 (en) * | 2012-02-06 | 2013-08-07 | Honeywell International Inc. | Methods for producing a high temperature oxidation resistant mcralx coating on superalloy substrates |
| US8778164B2 (en) | 2010-12-16 | 2014-07-15 | Honeywell International Inc. | Methods for producing a high temperature oxidation resistant coating on superalloy substrates and the coated superalloy substrates thereby produced |
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| US10087540B2 (en) | 2015-02-17 | 2018-10-02 | Honeywell International Inc. | Surface modifiers for ionic liquid aluminum electroplating solutions, processes for electroplating aluminum therefrom, and methods for producing an aluminum coating using the same |
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8778164B2 (en) | 2010-12-16 | 2014-07-15 | Honeywell International Inc. | Methods for producing a high temperature oxidation resistant coating on superalloy substrates and the coated superalloy substrates thereby produced |
| EP2623644A1 (en) * | 2012-02-06 | 2013-08-07 | Honeywell International Inc. | Methods for producing a high temperature oxidation resistant mcralx coating on superalloy substrates |
| US9771661B2 (en) | 2012-02-06 | 2017-09-26 | Honeywell International Inc. | Methods for producing a high temperature oxidation resistant MCrAlX coating on superalloy substrates |
| US10087540B2 (en) | 2015-02-17 | 2018-10-02 | Honeywell International Inc. | Surface modifiers for ionic liquid aluminum electroplating solutions, processes for electroplating aluminum therefrom, and methods for producing an aluminum coating using the same |
| CN107201538A (zh) * | 2017-05-22 | 2017-09-26 | 北京科技大学 | 一种金属管内壁氧化铬‑氧化铝复合涂层制备方法 |
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