CN102051573B

CN102051573B - 一种在钢铁表面渗制铝钼稀土涂层的方法

Info

Publication number: CN102051573B
Application number: CN2009100662701A
Authority: CN
Inventors: 盛长松; 李选亭; 晁君瑞; 刘文亮; 刘希武; 苗普
Original assignee: Sinopec Luoyang Petrochemical Engineering Corp; China Petrochemical Corp
Current assignee: China Petrochemical Corp; Sinopec Luoyang Guangzhou Engineering Co Ltd
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: CN102051573A

Abstract

本发明提供了一种在钢铁表面渗制铝钼稀土涂层的方法，主要解决的是实现铝钼稀土共渗及粉末包埋带来的粉尘问题，包括下述步骤：(a)将共渗剂、粘结剂和水混合成料浆，涂敷于工件表面，烘干；(b)将烘干工件放入渗箱内，用装有封闭剂的盒体封住渗箱入口，再用渗箱盖封闭；(c)将封好的渗箱放入炉内加热、保温，出炉空冷；所述共渗剂由2.5～15％MoO₃、17～35％Al、54～66％FeAl、0.5～8％氧化稀土和0.5～1.5％NH₄Cl组成；所述封闭剂由17～35％Al、56～77％FeAl、2～8％氧化稀土和0.6～2％NH₄Cl组成。本发明提供的方法可以实现铝钼稀土共渗，得到具有良好的耐腐蚀性、热稳定性的涂层且无需粉末包埋，避免了粉尘污染。

Description

一种在钢铁表面渗制铝钼稀土涂层的方法

技术领域

本发明涉及一种在钢铁表面渗制铝钼稀土涂层的方法。

背景技术

近十几年来，金属表面多元共渗在金属表面强化方面得到越来越广的发展。大量文献表明，在渗铝层中加入钼元素可以进一步提高渗层的耐腐蚀性、热稳定性、耐冲刷性等。在渗铝层中添加稀土元素后，不仅能改善渗层表面氧化膜的密合性和塑性，而且可以有效阻止氧和硫向基体内扩散。因此在碳钢表面进行铝钼稀土共渗可望获得综合性能优良的涂层。

中国专利CN1526849“一种在钢铁基体表面生成含钼合金涂层的工艺”提供的工艺分为涂料型渗剂涂覆和固体还原性保护剂包埋两部分，涂料型渗剂由MoO₃、Al、FeAl、NH₄Cl组成。固体还原性保护剂主要提供多元共渗所必须的保护气氛，基本成分为Al、FeAl、Al₂O₃、NH₄Cl。该工艺可实现渗钼或铝钼共渗，但不涉及稀土的共渗。

中国专利CN1356405A“一种渗钛用封闭剂及渗钛方法”提供了一种渗钛用封闭剂及使用该封闭剂的渗钛方法。提供的封闭剂组成为：2～30％Al，40～91.5％FeAl，0.5～1.5％NH₄Cl，0～49％Al₂O₃，该发明的封闭剂不涉及钼和稀土的共渗。

中国专利CN1041789“铝稀土包埋共渗”提供了一种将零件埋入渗剂的铝稀土包埋共渗方法，由铝稀土合金粉，铁铝稀土合金粉和其他含稀土元素的合金粉与氧化铝粉及不同类型的氯化物活性剂组成渗剂，金属零件在惰性气氛和高温下进行渗涂处理。但该发明不涉及钼的共渗。

上述发明还存在一个共同的问题，即所渗制的构件需包埋在粉末内，劳动强度大，粉尘大，污染环境。

发明内容

本发明要解决的技术问题是实现铝钼稀土共渗及粉末包埋渗金属工件带来的粉尘问题，为解决上述问题，本发明提供了一种在钢铁表面渗制铝钼稀土涂层的方法。

本发明提供的在钢铁表面渗制铝钼稀土涂层的方法包括下述顺序的步骤：

(a)将共渗剂、粘结剂和水按适当比例混合，制成料浆，将料浆涂敷于钢铁工件表面，烘干，形成料浆涂层，料浆涂层厚度为0.8～2.5mm；

(b)将上述烘干的具有料浆涂层的工件放入渗箱内，用装有封闭剂的盒体封住渗箱入口，再用渗箱盖封闭；

(c)将封好的渗箱放入加热炉内加热至950～1050℃，保温4～6小时，出炉后空冷降至室温；

其中，所述共渗剂由下述组分组成：

MoO₃ 2.5～15％；

Al 17～35％；

FeAl 54～66％；

氧化稀土 0.5～8％；

NH₄Cl 0.5～1.5％；

上述百分比均为重量百分比，以共渗剂总重量计；

所述封闭剂由下述组分组成：

Al 17～35％；

FeAl 56～77％；

氧化稀土 2～8％；

NH₄Cl 0.6～2％；

上述百分比均为重量百分比，以封闭剂总重量计；

所述氧化稀土主要由氧化镧、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化钇及氧化钙、氢氧化钠、三氧化二铁、氧化硅组成。

上述各组分均为粉末状，粒度均在80目以上。

所述粘结剂主要成分为聚乙烯醇，商品名称为上文合成胶水，由江苏兴达文具有限公司生产。

所述封闭剂可以重复使用，每次填加封闭剂总重量的1～6％的Al、0.4～2％的NH₄Cl和0.5％～5％的氧化稀土即可。

所述渗箱主要由渗箱盖、箱体和装封闭剂的盒体组成，渗箱盖中心有一排气孔，用于调节渗箱内气体压力。装封闭剂的盒体上开有若干透气孔，用作封闭剂产生的气体通道。装封闭剂的盒体沿渗箱轴线方向的厚度为渗箱开口尺寸的1.2～1.8倍。

进一步的，共渗剂各组分的含量优选为：

MoO₃ 8～14％；

Al 20～28％；

FeAl 55～60％；

氧化稀土 3～6％；

NH₄Cl 0.6～1％；

封闭剂各组分的含量优选为：

Al 24～30％；

FeAl 64～72％；

氧化稀土 3～5％；

NH₄Cl 0.8～1.2％；

封闭剂添加量优选为：每次填加封闭剂总重量的2～4％的Al、0.8～1.2％的NH₄Cl和2～4％的氧化稀土。

本发明采用的封闭剂成分与料浆涂层成分基本相同，可祢补共渗气氛的损耗，使渗箱内的共渗气氛能保持较高的浓度，防止共渗工件氧化，同时还节省了配置复杂的惰性气体保护设备的费用，有益于工业化生产。涂敷料浆层的工件直接摆放在渗箱内，无需粉末包埋，避免了粉尘污染，节约了渗箱内的有效空间，简化了生产操作过程，降低了劳动强度。封闭剂采用装盒方式，封闭剂盒体在装入和卸出渗箱过程中基本不会产生粉尘，改善了工作环境。

利用本发明提供的方法可以实现铝钼稀土共渗，得到具有良好的耐腐蚀性、热稳定性的涂层，而且涂层表面氧化膜的密合性和塑性均得到改善，所得涂层共渗层厚度为0.1～0.5mm，光滑致密。共渗层表面铝含量为23～35重量％，铝含量为2～8重量％，稀土含量：0.3～0.8％(主要为La、Nd元素)。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

图1是本发明所用渗箱的结构示意图。

具体实施方式

本发明采用的金属工件材质为20号碳钢，共三种形状，一为长方体，长50mm，宽20mm，厚2mm；二为圆管，公称直径89mm，壁厚3mm，长度1000mm；三为圆管，公称直径25mm，壁厚2.5mm，长度500mm。下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但这些实施例并不限制本发明的范围。实施例中的百分数均为重量百分数，分别以共渗剂和封闭剂的总重量计；实施例1～5为本发明的方法的实施例，实施例6为按本发明的方法制得的工件性能的对比例。

实施例1

配制本发明的共渗剂，其中的重量％以共渗剂的总重量为基准计。将2.5％MoO₃、35％Al、54％FeAl、8％氧化稀土和0.5％NH₄Cl进行充分混合，将混合好的共渗剂与粘结剂聚乙烯醇和水充分混合搅拌，调制成料浆；将料浆以0.8mm的厚度涂敷在金属工件9表面，再将工件9置入干燥炉中，在80℃温度下干燥60min，将干燥后的金属工件9置入渗箱箱体8内，见图1。配制封闭剂6，将35％Al，56.4％FeAl，8％氧化稀土，0.6％NH₄Cl进行充分混合，将混合均匀的封闭剂6装入盒体5中，然后将盒体5放在渗箱的开口端，用螺栓4通过箱体8上的法兰3将渗箱盖2安装在箱体8上，见图1。然后将渗箱放入加热炉内，按以下的程序进行共渗热处理：以10℃/min的升温速度从室温升温至450℃，保温0.5h。再以8℃/min的升温速度从450℃升温至950℃，保温6h后随炉空冷至室温，得到铝钼稀土共渗工件。在加热处理过程中，封闭剂6产生的保护气体可以通过透气孔7进入渗箱内部，也可以通过透气孔7经排气孔1排出，调节渗箱内压力。

实施例2

共渗剂、料浆、封闭剂的配制过程及工件的涂敷、干燥和装箱过程同实施例1。共渗剂的组成为5％MoO₃、28％Al、60.4％FeAl、6％氧化稀土和0.6％NH₄Cl，料浆涂层厚度为1.2mm。封闭剂的组成为28％Al，66.2％FeAl，5％氧化稀土，0.8％NH₄Cl。共渗热处理工艺为：以10℃/min的升温速度从室温升温至450℃，保温0.5h，再以8℃/min的升温速度从450℃升温至980℃，保温5h后随炉空冷至室温，得到铝钼稀土共渗工件和试样。排气孔和透气孔的作用同实施例1。

实施例3

共渗剂、料浆、封闭剂的配制过程及工件的涂敷、干燥和装箱过程同实施例1。共渗剂的组成为8％MoO₃、26％Al、62.8％FeAl、2％氧化稀土和1.2％NH₄Cl，料浆涂层厚度为1.5mm。封闭剂的组成为26％Al，70.6％FeAl，2％氧化稀土，1.4％NH₄Cl。共渗热处理工艺为：以10℃/min的升温速度从室温升温至450℃，保温0.5h。再以8℃/min的升温速度从450℃升温至1000℃，保温4h后随炉空冷至室温，得到铝钼稀土共渗工件和试样。排气孔和透气孔的作用同实施例1。

实施例4

共渗剂、料浆、封闭剂的配制过程及工件的涂敷、干燥和装箱过程同实施例1。共渗剂的组成为12％MoO₃、24％Al、60％FeAl、3％氧化稀土和1％NH₄Cl，料浆涂层厚度为2.0mm。封闭剂的组成为24％Al，71.8％FeAl，3％氧化稀土，1.2％NH₄Cl。共渗热处理工艺为：以10℃/min的升温速度从室温升温至450℃，保温0.5h。再以8℃/min的升温速度从450℃升温至1020℃，保温4h后随炉空冷至室温，得到铝钼稀土共渗工件和试样。排气孔和透气孔的作用同实施例1。

实施例5

共渗剂、料浆、封闭剂的配制过程及工件的涂敷、干燥和装箱过程同实施例1。共渗剂的组成为15％MoO₃、17％Al、66％FeAl、0.5％氧化稀土和1.5％NH₄Cl，料浆涂层厚度为2.5mm。封闭剂的组成为17％Al，77％FeAl，4％氧化稀土，2％NH₄Cl。共渗热处理工艺为：以10℃/min的升温速度从室温升温至450℃，保温0.5h。再以8℃/min的升温速度从450℃升温至1050℃，保温4h后随炉空冷至室温，得到铝钼稀土共渗工件和试样。排气孔和透气孔的作用同实施例1。

实施例6

采用实施例4制备的铝钼稀土共渗试样在实验室进行浓度为0.02M硫化氢介质腐蚀试验，实验温度分别为240℃、270℃、300℃、370℃，实验时间为100h，腐蚀实验数据见表1。结果表明，铝钼稀土共渗试样的耐蚀性能优于316L和铝钼共渗钢。

表1腐蚀实验数据

腐蚀率×10^-4

Claims

1.一种在钢铁表面渗制铝钼稀土涂层的方法，其特征在于该方法包括下述顺序的步骤：(a)将共渗剂、粘结剂和水按适当比例混合，制成料浆，将料浆涂敷于钢铁工件表面，烘干，形成料浆涂层；(b)将上述烘干的具有料浆涂层的工件直接放入渗箱内，用装有封闭剂的盒体封住渗箱入口，再用渗箱盖封闭；(c)将封好的渗箱放入加热炉内加热至950～1050℃，保温4～6小时，出炉后空冷降至室温；所述共渗剂由2.5～15％MoO₃、17～35％Al、54～66％FeAl、0.5～8％氧化稀土和0.5～1.5％NH₄Cl组成；所述封闭剂由17～35％Al、56～77％FeAl、2～8％氧化稀土和0.6～2％NH₄Cl组成；所述渗箱主要由渗箱盖、箱体和装封闭剂的盒体组成，渗箱盖中心有一排气孔，装封闭剂的盒体上开有透气孔；

其中，所述共渗剂和封闭剂各组分均为粉末状，所述粘结剂主要成分为聚乙烯醇；上述百分比均为重量百分比，分别以共渗剂和封闭剂总重量计。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的共渗剂由8～14％MoO₃、20～28％Al、55～60％FeAl、3～6％氧化稀土和0.6～1％NH₄Cl组成，所述的封闭剂由24～30％Al、64～72％FeAl、3～5％氧化稀土和0.8～1.2％NH₄Cl组成。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述封闭剂可重复使用，每次在封闭剂中添加封闭剂总重量的1～6％的Al、0.4～2％的NH₄Cl和0.5～5％的氧化稀土。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于每次在封闭剂中添加封闭剂总重量的2～4％的Al、0.8～1.2％的NH₄Cl和2～4％的氧化稀土。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的装封闭剂的盒体沿渗箱轴线方向的厚度为渗箱开口尺寸的1.2～1.8倍。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的料浆涂层的厚度为0.8～2.5mm。