CN104561873A - 一种基于表面预处理碳钢热浸铝工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及碳钢结构件的表面处理，特指一种基于表面预处理碳钢热浸铝工艺。本发明针对锅炉冷却管道、炼钢用吹氧管、汽车排气管和退火罐等零件，采用液态浸铝获得外层纯铝层和内层Fe-Al？金属间化合物抗氧化涂层。其工艺流程包括退火处理、喷砂预处理、酸洗、助镀、热浸铝、空冷处理；在空气中冷却后，获得40~60μm纯铝层、500~600？μm的Fe-Al？金属间化合物层。本发明制备的浸铝层厚度均匀，具有工艺简便、成本低、涂层结合力强、适于批量生产等特点，可用于热腐蚀环境下零件的生产，替代不锈钢，可提高性能、寿命和节约合金资源。

Description

一种基于表面预处理碳钢热浸铝工艺
技术领域
   本发明涉及碳钢零件的表面处理，特指一种用于碳钢抗氧化零件上的耐蚀表面处理方法,具体地，为一种基于表面预处理碳钢热浸铝工艺。
背景技术
钢材渗铝是通过物理或化学的方法，在钢材表面形成一种铝铁合金层，使之具有抗高温氧化性、耐硫化氢腐蚀以及耐环烷酸腐蚀等优良性能。在某些特定的环境下可以用普通渗铝钢材代替不锈钢，因此，具有很重要的经济价值，在石油化工工业中得到了广泛应用。它可以提高钢铁、非铁金属及合金的抗高温氧化和抗燃气腐蚀的能力，在大气、硫化氢、二氧化碳和海水等介质中具有良好的耐蚀性。
由于待热浸镀的零件表面存在油污和氧化物，妨碍铝液在其表面上的铺展、润湿，影响铝和铁原子间的相互扩散，浸铝前必须进行预处理，零件表面预处理的一般流程为：待镀件→除油→水洗→除锈→水洗→助镀→水洗→吹干及预热，然后进行热浸渗铝。大量实践表明：表面处理的程度直接决定渗铝工件表面的质量。
目前，通常采用化学方法除油，低温加热或碱液或有机溶剂清洗除油，例如，除油剂为20 %NaOH+ 5 %Na2 SiO3 + 10 %Na2 CO3 十水，加热煮沸20 ～30 min，若钢件表面油污太多，要先用汽油粗除油处理。除锈：采用硫酸或盐酸水溶液。硫酸溶液浓度为20 %，温度40～60 ℃，时间10～15 min；盐酸溶液浓度为33 %，温度10～30 ℃，时间5～20 min。对于铸铁工件经碱洗除油、酸洗除锈，喷丸清理，然后经有机溶剂清洗。表面清洗晾干进入助镀、热浸铝。从现有研究和工程应用情况看，经上述表面预处理后浸铝，钢表面获得的浸铝层厚度较薄而且厚度不均匀。
为了增加热浸铝涂层的厚度和改善涂层的均匀性，通过采用净化铝液纯度、添加合金元素和稀土、提高浸铝温度和延长时间，提高了浸铝层厚度，但对改善浸铝层厚度的均匀性效果都不明显。该发明公开了一种基于表面预处理碳钢热浸铝工艺，首先将待镀件在一定温度下进行退火处理，然后采用表面喷砂处理，酸洗、助镀后浸铝，得到厚度均匀的浸铝层。
发明内容  
   针对现有技术的不足，本发明的目的在于，提出一种基于表面预处理碳钢热浸铝工艺，其基于浸铝前的退火处理和随后的喷砂预处理相结合，利用退火处理造成碳钢表面轻微脱碳和清洁表面油污，随后的喷砂处理去除碳钢表面在退火过程中形成的氧化物，同时粗化表面，增加表面积，改善了铝液对碳钢表面速度的不均匀性，制备的热浸铝层厚度均匀，且较无退火处理表面的热浸铝层厚度增加。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于表面预处理碳钢热浸铝工艺，其特征在于，包括如下步骤：
A)表面预处理：将待浸铝碳钢零件进行退火处理，冷却后，对零件表面进行喷砂处理；
B)酸洗去除零件表面的氧化物；
C)助镀处理；
D)在760-780℃铝液中浸镀40-60min，冷却；
其中，喷砂处理的方法为：在2~3个大气压下喷砂5~8 min。
优选的，在步骤A中，所述的退火处理的方法为：在空气中进行550-600℃、1.5h-2h 低温退火。喷砂处理的砂子粒径为5~8μm。
助镀处理的具体步骤为：将碳钢零件浸入温度72-82℃的含有10-15wt%ZnCl2 、3-5wt%NaF以及3~5 wt%NH4Cl 的水溶液中助镀5-8min，烘干。其中，wt%为重量百分比。
酸洗的步骤为：在5-10wt %H2SO4 水溶液中且温度为20-30℃除锈1-2min，清水冲洗。
所述的碳钢零件包括锅炉冷却管道、汽车排气管、退火罐或炼钢用吹氧管。
经所述的热浸铝工艺获得由40~60μm纯铝层和500~600 μm的Fe-Al 金属间化合物层构成的浸铝层。
本发明的有益效果是：
（1）  本发明由于在浸铝前，采用了低温退火处理，去除了零件表面的油污，同时造成了零件表面的轻微脱碳，省略了常规预处理过程中的碱洗工序；
（2）  本发明另一个明显优点是，经过对零件表面的喷砂处理后，增加了表面粗糙度，增加了表面积，改善了表面浸铝速度的均匀性；
（3）本发明制备的浸铝层，具有层厚、厚度均匀的优点。
附图说明
图1为本发明一种基于表面预处理碳钢热浸铝工艺制备的浸铝层结构图；
图2为未经表面喷砂处理后的浸铝层结构图。
具体实施方式
为进一步揭示本发明的技术方案，下面结合附图详细说明本发明的实施方式：
实施例1
对Q235钢表面进行预处理，在550℃，保温2 h退火处理，空冷；在3个大气压下进行喷砂处理，喷砂时间8min；10wt %H2SO4 水溶液中，在30℃除锈1min，水洗；在温度80℃的10wt %ZnCl2 +3wt %NaF+5NH4Cl 的水溶液中助镀6min，然后烘干，780℃浸铝，时间为1h，获得厚度为40μm纯铝层和厚度为650 μm的Fe-Al金属间化合物浸铝层，如图1所示。
实施例2
对20钢，在600℃，保温1.5 h退火处理，空冷；在2个大气压下进行喷砂处理，喷砂时间5min；10wt %H2SO4 水溶液中，在30℃除锈1min，水洗；在温度80℃的10wt %ZnCl2 +3wt %NaF+5NH4Cl 的水溶液中助镀6min，然后烘干，760℃浸铝，时间为1h，获得厚度为30μm纯铝层和厚度为450 μm的Fe-Al金属间化合物浸铝层。
实施例3
对15CrMo合金钢，在550℃，保温2 h退火处理，空冷；在3个大气压下进行喷砂处理，喷砂时间5min；10wt %H2SO4 水溶液中，在30℃除锈1min，水洗；在温度80℃的10wt %ZnCl2 +3wt %NaF+5NH4Cl 的水溶液中助镀6min，然后烘干，780℃浸铝，时间为1h，获得厚度为45μm纯铝层和厚度为550 μm的Fe-Al金属间化合物浸铝层。
经过实验观察，未经表面喷砂处理后的浸铝层厚度更不均匀，而经本发明的工艺处理后得到的浸铝层厚度增加且更为均一，参见图1和图2。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化、均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1. 一种基于表面预处理碳钢热浸铝工艺，其特征在于，包括如下步骤：
表面预处理：将待浸铝碳钢零件进行退火处理，冷却后，对零件表面进行喷砂处理；
酸洗去除零件表面的氧化物；
助镀处理；
在760-780℃铝液中浸镀40-60min，冷却；
其中，喷砂处理的方法为：在2~3个大气压下喷砂5~8 min。
2. 根据权利要求1所述的一种基于表面预处理碳钢热浸铝工艺，其特征在于，在步骤A中，所述的退火处理的方法为：在空气中进行550-600℃、1.5h-2h 低温退火。
3. 根据权利要求1所述的一种基于表面预处理碳钢热浸铝工艺，其特征在于，在步骤A中，喷砂处理的砂子粒径为5~8μm。
4. 根据权利要求1所述的一种基于表面预处理碳钢热浸铝工艺，其特征在于，步骤C的具体步骤为：将碳钢零件浸入温度72-82℃的含有10-15wt%ZnCl2 、3-5wt%NaF以及3~5 wt%NH4Cl 的水溶液中助镀5-8min，烘干。
5. 根据权利要求1所述的一种基于表面预处理碳钢热浸铝工艺，其特征在于，酸洗的步骤为：在5-10wt %H2SO4 水溶液中且温度为20-30℃除锈1-2min，水洗。
6. 根据权利要求1-5任意一项所述的一种基于表面预处理碳钢热浸铝工艺，其特征在于，所述的碳钢零件包括锅炉冷却管道、汽车排气管、退火罐或炼钢用吹氧管。
7. 根据权利要求1-5任意一项所述的一种基于表面预处理碳钢热浸铝工艺，其特征在于，经所述的热浸铝工艺获得由40~60μm纯铝层和500~600 μm的Fe-Al 金属间化合物层构成的浸铝层。
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