CN103225058A - 一种抗高温氧化奥氏体不锈钢及其制备方法 - Google Patents
一种抗高温氧化奥氏体不锈钢及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种抗高温氧化奥氏体不锈钢及其制备方法，它是利用等离子表面合金化技术，在奥氏体不锈钢表面渗入合金元素锆，形成呈冶金结合的含锆的高合金层，然后进行渗碳与低温预氧化处理，获得结合力好、热稳定性强、致密的碳化锆和二氧化锆热障陶瓷层，阻止了氧对基体进一步的侵蚀，大大提高了不锈钢的抗高温氧化性。
Description
技术领域
本发明属于表面工程领域，具体是一种抗高温氧化奥氏体不锈钢及其制备方法。
背景技术
奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性、焊接性及综合力学性能，在航空航天、化工、原子能等行业中得到了广泛应用。然而因其承受的最高使用温度只有800 ℃左右，高温氧化问题已成为制约其应用于高温环境的重要因素。碳化锆和二氧化锆因具有高熔点、高硬度、高强度、高耐磨、耐腐蚀、耐高温等优良性能，可作为良好的热障材料。目前，利用碳化锆和二氧化锆作为抗氧化保护膜的方法主要有：等离子喷涂、物理气相沉积等。这些技术在提高材料抗高温氧化性的同时也带来了一些不足。比如喷涂形成涂层的均匀性问题、物理气相沉积存在结合力不强问题等。
发明内容
本发明的目的是要公开一种抗高温氧化奥氏体不锈钢及其制备方法。它能在不锈钢表面形成渗锆合金层，进行渗碳与低温预氧化处理，获得强烈吸附在不锈钢表面的、热稳定性强的、致密的碳化锆和二氧化锆热障陶瓷层，阻止了氧对基体的侵蚀，大大提高了不锈钢的抗高温氧化性。
实现本发明目的的技术方案是：
一种抗高温氧化奥氏体不锈钢的制备方法，包括如下步骤：
1、将试样经不同型号的水砂纸打磨，并用抛光机抛光，再用超声波清洗干净并烘干；
2、采用等离子设备合金化渗锆：在真空室内设置两个阴极和一个公共阳极，试样和渗锆源极分别放置在这两个阴极，抽真空到10Pa以内，并充入少量氩气，调节源极和工件电压、试样和源极起辉，逐步提高电压，电流增加温度升高，到温后保温一段时间，完成合金化过程后，缓慢冷却到室温；
3、渗碳：在900～950 ℃渗碳，保温时间6～12 h；保温结束后，缓冷至室温渗碳；
4、将试样置箱式电阻炉中预氧化6～12 h，预氧化温度为600 ～750℃，最后表面获得含锆80%以上的致密沉积层。表面抗氧化层是由沉积层+扩散层组成，其组成为致密的结合力强的碳化锆物和二氧化锆层。
所述渗锆的工艺参数：极间距30 mm，氩气工作气压35 Pa，保温温度 1050 ℃，保温时间5 h。保温时间到后，将试样随炉缓冷至室温，即可获得20-100微米的合金化层。
本发明有益效果是：能在奥化体不锈钢表面渗入合金元素锆，形成呈冶金结合的含锆高合金层，再经渗碳与预氧化处理，可获得结合力好、热稳定性强、致密的碳化锆和二氧化锆热障陶瓷层，大大提高了奥氏体不锈钢的抗高温和氧化能力。
具体实施方式
以下通过具体的实施例来进一步说明本发明：
源极为长方形锆板，其尺寸为：100 mm×50 mm×5 mm（长×宽×厚），纯度为99.99 %，试验前需将源极打磨清理干净。试样基材为0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢，尺寸为35 mm×10 mm×3 mm（长×宽×厚）：试样化学成分（质量分数，%）为：Cr 17.00～19.00，C≤0.07，Ni 8.00～11.00，Ti 5C～0.07，Mn≤2.00，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.030，其余为Fe。
首先，将试样经不同型号的水砂纸打磨，并用抛光机抛光，再用超声波清洗干净并烘干。然后，采用DGLT-15型多功能离子化学热处理炉进行渗锆处理。渗锆的工作温度通过WDL-31型光电温度计进行测试；调节源极电压、阴极电压与气压，实施升温、保温的渗入工艺。
渗锆的工艺参数为：极间距30 mm，氩气工作气压35 Pa，保温温度 1050 ℃，保温时间5 h。保温时间到后，将试样随炉缓冷至室温。可以获得表面含锆80%以上的致密沉积层。整体沉积层+扩散层可达到20微米。
渗锆后，在920 ℃进行固体渗碳，新旧渗碳剂之比为1: 3，保温时间5 h。渗碳后，用超声波将试样清洗干净并烘干，然后将试样置于SX-5-12箱式电阻炉中预氧化6 h，预氧化温度为620 ℃。渗碳和预氧化之后，表面可获得致密的碳化物和氧化物层。
Claims (3)
1.一种抗高温氧化奥氏体不锈钢的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
（1）将试样经不同型号的水砂纸打磨，并用抛光机抛光，再用超声波清洗干净并烘干；
（2）采用等离子设备合金化渗锆：在真空室内设置两个阴极和一个公共阳极，试样和渗锆源极分别放置在这两个阴极，抽真空到10Pa以内，并充入少量氩气，调节源极和工件电压、试样和源极起辉，逐步提高电压，电流增加温度升高，到温后保温一段时间，完成合金化过程后，缓慢冷却到室温；
（3）渗碳：在900～950 ℃渗碳，保温时间6～12 h；保温结束后，缓冷至室温渗碳；
（4）将试样置箱式电阻炉中预氧化6～12 h，预氧化温度为600 ～750℃，最后得到表面获得致密的结合力强的碳化锆物和二氧化锆层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述渗锆的工艺参数：极间距30 mm，氩气工作气压35 Pa，保温温度 1050 ℃，保温时间5 h；保温时间到后，将试样随炉缓冷至室温；可以获得表面含锆80%以上的致密沉积层。
3.用权利要求1所述的制备方法获得的为沉积层+扩散层的、致密的、结合力强、抗高温的氧化奥氏体不锈钢。
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