CN103014615B - 钢铁表面制备铝钼共渗合金涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属表面化学热处理领域，特别涉及一种钢铁表面制备铝钼共渗合金涂层的方法，采取以下步骤：(1)配制含铝混合粉末：以质量百分比计，铝20～35％、三氧化二铝54～75.6％、二氧化硅4～10％、氯化铵0.4～1％，含铝混合粉末在950～1050℃温度条件下焙烧4～8小时，然后随炉空冷至室温；(2)配制含钼混合粉末：以质量百分比计，铝10～20％、铝铁粉40～80％、钼铁粉10～40％；(3)配制铝钼共渗组合物：以质量百分比计，含铝混合粉末60～70％，含钼混合粉末30～40％；(4)填充渗箱；(5)共渗热处理；(6)冷却处理。本发明工艺简单、操作容易，更易于进行工业化生产并降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢铁表面制备铝钼共渗合金涂层的方法，属于金属表面化学热处理领域。背景技术
金属表面保护防腐蚀技术在防腐蚀领域起着十分重要的作用。随着科学技术和工业的发展，对金属材料表面性能的要求越来越高，原来渗入单一元素所获得的渗层已不能完全满足要求，因而国内外陆续发展了两种或多种元素的共渗技术。共渗层不但能充分发挥单一元素的各自优点，弥补其缺点，而且还可以赋予金属材料表面以新的更好的性能。
公开号为JP60005927A（公开日为19850112）的日本专利中，采用粉末法即采用金属混合粉末或者合金粉末在金属构件表面进行铝、锌、铬、硅、钛、锆、钼、镍等元素的多元共渗或渗钼，使用的原材料价格较高，且涂层厚度仅有3-50μm，难以保证共渗金属构件在恶劣腐蚀环境长周期安全运行。
公开号为DE2929551A（公开日为19810219）的德国专利中，采用粉末法实现了钛、铬、钼、硼的多元共渗，可获得耐蚀性能较好的涂层，在含碳酸、氯化镁、硫酸钡、硫酸钠等化学品的介质中得到应用，但其所采用的粉末均为纯钛粉、铬粉、钼粉，成本较高，难以推广。
《材料保护》2007年第40卷第7期：碳钢表面陶瓷化与铬钼共渗耐蚀性能研究----桂林电子工业学院信息材料科学与工程系，高原。介绍了双层辉光离子铬钼共渗方法。工艺路线为等离子表面Cr-Mo共渗+渗碳-淬火+低温回火，共渗过程需在氩气环境下进行。共渗层厚度0.1mm以上，具有较好的耐蚀性能。但只能在实验室对小试样进行处理，且不涉及AlMo共渗。
中国专利CN1219107C中，提供的铝钼共渗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。该工艺可实现铝钼共渗或渗钼。且铝钼共渗层质量良好。但调制的料浆在环境温度稍高时，易出现发泡、膨胀继而失效。且尚未实现细长管件内壁的铝钼共渗处理。
中国专利CN102051573A中，渗制铝钼稀土涂层的涂料型渗剂由MoO3、Al、FeAl、氧化稀土、NH4Cl组成。涂敷料浆层的工件直接摆放在渗箱内，无需粉末包埋，减少了粉尘污染，节约了渗箱内的有效空间。采用装盒方式的封闭剂成分与料浆涂层成分基本相同，可弥补共渗气氛的损耗，防止共渗工件氧化。但涂覆料浆涂层时难免局部出现龟裂、剥落等问题，会对涂层的质量造成不良影响。该发明也没有解决细长管件内壁的铝钼稀土共渗问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种钢铁表面制备铝钼共渗合金涂层的方法，可使铝钼共渗组合物重复使用，且能够实现细长管内表面的铝钼共渗。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：所述的钢铁表面制备铝钼共渗合金涂层的方法，其特征在于采取以下步骤：
（1）配制含铝混合粉末：含铝混合粉末的组成，以质量百分比计，铝20～35%、三氧化二铝54～75.6%、二氧化硅4～10%、氯化铵0.4～1%，将含铝混合粉末在950～1050℃温度条件下焙烧4～8小时，然后随炉空冷至室温；
（2）配制含钼混合粉末：含钼混合粉末的组成，以质量百分比计，铝10～20%、铝铁粉40～80%、钼铁粉10～40%；
（3）配制铝钼共渗组合物：将含铝混合粉末和含钼混合粉末搅拌均匀，组成铝钼共渗组合物，铝钼共渗组合物的组成，以质量百分比计，含铝混合粉末60～70%，含钼混合粉末30～40%；
（4）填充渗箱：将表面预处理后的钢铁构件直接放在渗箱内，再将铝钼共渗组合物装入渗箱内，充分振实，紧密地包埋住钢铁构件；
（5）共渗热处理：将封闭好的渗箱放入加热炉中，加热至950～1050℃，保温4～8小时；
（6）冷却处理：渗箱在加热炉中进行空冷至室温。
配制含铝混合粉末、含钼混合粉末与铝钼共渗组合物时均需充分混合搅拌；填充渗箱时，将铝钼共渗组合物充分振实，可通过振动工具振动渗箱，振动工具（气动空气锤，型号SX-60）可选用现有设备，以降低生产成本。
所述的含铝混合粉末和含钼混合粉末粒度均大于等于80目。可提高钢铁构件共渗质量。
另外，本发明所述的钢铁构件基体是指：低碳钢、中碳钢、低合金钢、不锈钢等；焙烧含铝混合粉末时，将含铝混合粉末装入渗箱内进行焙烧，可提高共渗效果。
步骤（3）中配制好的的铝钼共渗组合物可以重复使用，使用时，向铝钼共渗组合物中添加1～5%铝，0.5～6%三氧化钼和0～0.4%氯化铵，以铝钼共渗组合物的总质量为基准计，再将添加上述成分后的组合物放入渗箱中，充分振实，紧密地包埋住钢铁构件，最后依次进行共渗热处理和冷却处理即可，可降低生产成本，适合工业化生产。
本发明的有益效果是：
工艺简单、操作容易，节省了在工件表面涂刷料浆、烘干等工序和相关大型烘干设备，更易于进行工业化生产并降低生产成本；扩大了渗制各种构件的范围，特别是可对直径为25、直径为19等细长管件的内壁及形状比较复杂的构件进行铝钼共渗处理；可以有效地改善涂层质量，提高铝钼共渗合金涂层的厚度及钼含量；生产试验证明，可在钢铁表面获得一层耐高温环烷酸、高温硫腐蚀及抗高温氧化的铝钼共渗合金涂层；铝钼共渗合金涂层表面含铝22～40%（质量比），含钼1.5～20%（质量比）；合金涂层厚度为0.1～0.4mm，涂层光滑、致密均匀。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做进一步描述：
钢铁构件以10号碳钢圆管为例，一种圆管的尺寸为：公称直径25mm，壁厚2.5mm，长度6000mm；另一种圆管的尺寸为，公称直径19mm，壁厚2.0mm，长度6000mm；以下各实施例中含铝混合粉末、含钼混合粉末与铝钼共渗组合物中的各组分均用化学式表示，且各组分百分比均为质量百分比。
实施例1
（1）配制含铝混合粉末：以含铝混合粉末总质量为基准计，将20%Al、4%SiO2、75.6%Al2O3、0.4%NH4Cl充分混合搅拌，并装入渗箱内进行焙烧，按以下的程序进行热处理：以7℃/min的升温速度从室温升温至450℃，保温1h，再以2.5℃/min的升温速度从450℃升温至950℃，保温6h后随炉空冷至室温。
（2）配制含钼混合粉末：以含钼混合粉末总质量为基准计，将20%Al、40%FeAl、40%FeMo进行充分混合搅拌。
（3）配制铝钼共渗组合物：以铝钼共渗组合物总质量为基准计，将60%含铝混合粉末和40%含钼混合粉末充分混合。
（4）填充渗箱及入炉：将表面预处理后的管件直接放到渗箱内，再将铝钼共渗组合物搅拌均匀，并装入渗箱内，充分振实，紧密地包埋住待渗的构件。将封闭好的渗箱放入加热炉中。
（5）共渗热处理：以7℃/min的升温速度从室温升温至450℃，保温1h，再以2.5℃/min的升温速度从450℃升温至960℃，保温8h。
（6）渗箱随加热炉空冷至室温。
实施例2
（1）含铝混合粉末、含钼混合粉末和铝钼共渗组合物的配制过程及填充渗箱、入炉的过程均同实施例1。
其中，含铝混合粉末的组成为：25%Al、5%SiO2、69.4%Al2O3、0.6%NH4Cl；含钼混合粉末的组成为：19%Al、46%FeAl、35%MoFe；铝钼共渗组合物的组成为62%含铝混合粉末与38%含钼混合粉末。
（2）共渗热处理：以7℃/min的升温速度从室温升温至450℃，保温1h，再以2.5℃/min的升温速度从450℃升温至1000℃，保温6h。
（3）渗箱随加热炉空冷至室温。
实施例3
（1）含铝混合粉末、含钼混合粉末和铝钼共渗组合物的配制过程及填充渗箱、入炉的过程均同实施例1。
其中，含铝混合粉末的组成为：26.5%Al、6%SiO2、67%Al2O3、0.5%NH4Cl；含钼混合粉末的组成为：16%Al、52%FeAl、32%MoFe；铝钼共渗组合物的组成为63.5%含铝混合粉末与36.5%含钼混合粉末。
（2）共渗热处理：以7℃/min的升温速度从室温升温至450℃，保温1h，再以2.5℃/min的升温速度从450℃升温至970℃，保温7h。
（3）渗箱随加热炉空冷至室温。
实施例4
（1）含铝混合粉末、含钼混合粉末和铝钼共渗组合物的配制过程及填充渗箱、入炉的过程均同实施例1。
其中，含铝混合粉末的组成为：29%Al、8%SiO2、62.2%Al2O3、0.8%NH4Cl；含钼混合粉末的组成为：14%Al、57%FeAl、29%MoFe；铝钼共渗组合物的组成为65%含铝混合粉末与35%含钼混合粉末。
（2）共渗热处理：以7℃/min的升温速度从室温升温至450℃，保温1h，再以2.5℃/min的升温速度从450℃升温至980℃，保温7h。
（3）渗箱随加热炉空冷至室温。
实施例5
（1）含铝混合粉末、含钼混合粉末和铝钼共渗组合物的配制过程及填充渗箱箱、入炉的过程均同实施例1。
其中，含铝混合粉末的组成为：35%Al、10%SiO2、54%Al2O3、1%NH4Cl；含钼混合粉末的组成为：10%Al、80%FeAl、10%FeMo；铝钼共渗组合物的组成为70%含铝混合粉末与30%含钼混合粉末。
（2）共渗热处理：以7℃/min的升温速度从室温升温至450℃，保温1h，再以2.5℃/min的升温速度从450℃升温至960℃，保温7.5h。
（3）渗箱随加热炉空冷至室温。
Claims (2)
1.一种钢铁表面制备铝钼共渗合金涂层的方法，其特征在于采取以下步骤：
（1）配制含铝混合粉末：含铝混合粉末的组成，以质量百分比计，铝20～35%、三氧化二铝54～75.6%、二氧化硅4～10%、氯化铵0.4～1%，将含铝混合粉末在950～1050℃温度条件下焙烧4～8小时，然后随炉空冷至室温；
（2）配制含钼混合粉末：含钼混合粉末的组成，以质量百分比计，铝10～20%、铝铁粉40～80%、钼铁粉10～40%；
（3）配制铝钼共渗组合物：将含铝混合粉末和含钼混合粉末搅拌均匀，组成铝钼共渗组合物，铝钼共渗组合物的组成，以质量百分比计，含铝混合粉末60～70%，含钼混合粉末30～40%；
（4）填充渗箱：将表面预处理后的钢铁构件直接放在渗箱内，再将铝钼共渗组合物装入渗箱内，充分振实，紧密地包埋住钢铁构件；
（5）共渗热处理：将封闭好的渗箱放入加热炉中，加热至950～1050℃，保温4～8小时；
（6）冷却处理：渗箱在加热炉中进行空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的钢铁表面制备铝钼共渗合金涂层的方法，其特征在于：含铝混合粉末和含钼混合粉末粒度均大于等于80目。
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