CN105671482A - 一种粉末包埋渗铝剂及镍基高温合金表面渗铝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉末包埋渗铝剂及镍基高温合金表面渗铝方法，按照重量百分比计，所述的渗铝剂包括如下组分：铝粉35-50%；氯化铵2-5%；氧化钇3.5-4.5%；氧化铝余量。本发明渗铝方法是将渗铝剂充分混合均匀后与需要进行渗铝处理的镍基高温合金共置于密封的渗灌中，加热至750-900℃，保温8h。本发明的渗铝剂以及渗铝方法，渗层质量好，工艺简单，所要求的设备也很简单，成本低廉，操作容易，能够得到合适厚度的渗铝涂层，便于工业化的实施。
Description
技术领域
本发明涉及一种粉末包埋渗铝剂，还涉及采用该渗铝剂对镍基高温合金表面进行渗铝的方法。
背景技术
固体粉末包埋法渗铝是一种比较成熟的技术，已经成功应用于许多抗高腐蚀的工件。将金属工件放在含有铝元素的渗铝剂中,加热到一定温度，保持适当时间后,渗铝剂热分解所产生的铝元素的活性原子便被吸附到工件表面，并扩散进入工件表层，从而改变工件表层的化学成分、组织和性能。与渗非金属相比,金属元素的原子半径大，不易渗入，渗层浅，一般须在较高温度下进行扩散。金属元素渗入以后形成的化合物或钝化膜，具有较高的抗高温氧化能力和抗腐蚀能力，能分别适应不同的环境介质。被渗镀的材料可以是碳钢、不锈钢、镍基合金和钴基合金等。
粉末包埋渗铝由于渗件被粉末包围，漏渗很少，操作工艺简单，深层深度易控制，设备投资小，但是目前的包埋渗铝的温度较高，对合金的综合性能有害，不能满足有关部门的需要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种粉末包埋渗铝剂，有效提高了合金的抗高温氧化和腐蚀的能力，降低渗铝工艺温度和提高渗层深度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种粉末包埋渗铝剂，其特征在于：按照重量百分比计，所述的渗铝剂包括如下组分：
铝粉(Al)35-50%；
氯化铵(NH4Cl)2-5%；
氧化钇(Y2O3)3.5-4.5%；
氧化铝(Al2O3)余量。
进一步地，所述的渗铝剂包括如下组分：
铝粉(Al)40%；
氯化铵(NH4Cl)2-5%；
氧化钇(Y2O3)4%；
氧化铝(Al2O3)余量。
进一步地，所述的渗铝剂包括如下组分：
铝粉(Al)40%；
氯化铵(NH4Cl)4%；
氧化钇(Y2O3)4%；
氧化铝(Al2O3)余量。
进一步地，所述的铝粉、氯化铵、氧化钇和氧化铝为150-200目的粉末状颗粒。
本发明的另一目的是提供采用上述的渗铝剂配方对镍基高温合金的表面进行渗铝处理的方法，该方法是将渗铝剂按比例将铝粉、氯化铵、氧化钇和氧化铝充分混合均匀后与需要进行渗铝处理的镍基合金共置于密封的渗灌中，在750-900℃的条件下进行渗铝处理。
进一步地，在密封渗灌中分段加热进行渗铝处理，第一段即热温度为750-850℃，第二段加热温度为900℃。
进一步地，在真空下或惰性气体保护下分段加热进行渗铝处理，第一段加热至800℃，保温6h，第二段加热至900℃，保温1h，然后随炉冷却至室温取出试样，两段加热过程中的升温速率均为7-12℃/min。
本发明的有益效果：
1）采用X射线衍射仪对处理结果进行测试，结果表明，采用本发明的渗铝剂和加工工艺后镍基高温合金的渗铝层表面组成主要为NiAl相和少量的Ni2Al3相和Co-Cr沉淀相。最大渗铝层厚度约为155um。其形成的氧化膜较为稳定，能够达到防止金属被氧化的目的。
2）本发明只要调整渗铝剂中含铝量和含氧化钇量的比例，以及改变加热温度，就可以控制渗铝层厚度。
3）本发明的渗铝剂以及渗铝方法渗层质量好，工艺简单，操作容易，所要求的设备简单，便于工业化实施。
4）采用本发明的渗铝剂和渗铝方法处理后的试样置于1100℃的炉子中加热10min后取出放置于水中，循环重复120次，涂层不会脱落。
附图说明图
图1为实施例1中试件的测试结构示意图。
图2为实施例2中试件的测试结构示意图。
图3为实施例3中试件的测试结构示意图。
图4为实施例4中试件的测试结构示意图。
图5为实施例5中试件的测试结构示意图。
图6为实施例6中试件的测试结构示意图。
图7为实施例7中试件的测试结构示意图。
图8为实施例8中试件的测试结构示意图。
图9为实施例9中试件的测试结构示意图。
具体实施方式
实施例1
按照重量百分比计，渗铝剂包括如下组分：40％铝粉（Al，150目），4%氧化钇（Y2O3，150目），2％氯化铵（NH4Cl），54％氧化铝（Al2O3，150目）。
将渗铝剂(铝粉、氯化铵、氧化钇和氧化铝)按比例充分混合均匀后与试样共置于带盖的刚玉坩埚中，用耐火泥密封，在气氛炉中进行渗铝处理。加热至750℃保温8小时，然后随炉冷却至室温。
处理结果：经上述处理后的镍基合金渗铝层表面主要NiAl相和少量的Ni2Al3，渗层厚度约为25μm，如图1所示。
实施例2
按照重量百分比计，渗铝剂包括如下组分：40％铝粉（Al，150目），4%氧化钇（Y2O3，150目），3％氯化铵（NH4Cl），54％氧化铝（Al2O3，150目）。
处理工艺：将渗铝剂(铝粉、氯化铵、氧化钇和氧化铝)充分混合均匀后与试样共置于带盖的刚玉坩埚中，用耐火泥密封，在气氛炉中进行渗铝处理。加热800℃保温8小时，然后随炉冷却至室温。
处理结果：经上述处理后的镍基高温合金渗铝层表面主要NiAl相和少量的Ni2Al3，渗层厚度约为39μm，如图2所示。
实施例3
按照重量百分比计，渗铝剂包括如下组分：40％铝粉（Al，150目），4.5%氧化钇（Y2O3，150目），4％氯化铵（NH4Cl），53.5％氧化铝（Al2O3，150目）。
处理工艺：将渗铝剂(铝粉、氯化铵、氧化钇和氧化铝)充分混合均匀后与试样共置于带盖的刚玉坩埚中，用耐火泥密封，在惰性气体的保护下进行渗铝处理。加热至850℃保温8小时，然后随炉冷却至室温。
处理结果：经上述处理后的镍基高温合金渗铝层表面主要为NiAl相和少量的Ni2Al3，渗层厚度约为105μm，如图3所示。
实施例4
按照重量百分比计，渗铝剂包括如下组分：50％铝粉（Al，150目），4%氧化钇（Y2O3，150目），2％氯化铵（NH4Cl），44％氧化铝（Al2O3，150目）。
处理工艺：将渗铝剂(铝粉、氯化铵、氧化钇和氧化铝)充分混合均匀后与试样共置于带盖的刚玉坩埚中，用耐火泥密封，在惰性气体的保护下进行渗铝处理。加热至800℃保温8小时，然后随炉冷却至室温。
处理结果：经上述处理后的镍基合金金渗铝层表面主要为NiAl相和少量的Ni2Al3，渗层厚度约为55um，如图4所示。
实施例5
按照重量百分比计，渗铝剂包括如下组分：35％铝粉（Al，150目），4%氧化钇（Y2O3，150目），2％氯化铵（NH4Cl），59％氧化铝（Al2O3，150目）。
处理工艺：将渗铝剂(铝粉、氯化铵、氧化钇和氧化铝)充分混合均匀后与试样共置于带盖的刚玉坩埚中，用耐火泥密封，在惰性气体的保护下进行渗铝处理。加热至800℃保温8小时，然后随炉冷却至室温。
处理结果：经上述处理后的镍基高温合金渗铝层表面主要为NiAl相和少量的Ni2Al3，渗层厚度约为40μm，如图5所示。
实施例6
按照重量百分比计，渗铝剂包括如下组分：40％铝粉（Al，150目），3.5%氧化钇（Y2O3，150目），4％氯化铵（NH4Cl），52.5％氧化铝（Al2O3，150目）。
处理工艺：将渗铝剂(铝粉、氯化铵、氧化钇和氧化铝)充分混合均匀后与试样共置于带盖的刚玉坩埚中，用耐火泥密封，在惰性气体的保护下进行渗铝处理。加热至800℃保温8小时，然后随炉冷却至室温。
处理结果：经上述处理后的镍基高温合金渗铝层表面主要为NiAl相和少量的Ni2Al3，渗层厚度约为35μm，如图6所示。
实施例7
按照重量百分比计，渗铝剂包括如下组分：40％铝粉（Al，150目），4%氧化钇（Y2O3，150目），3％氯化铵（NH4Cl），53％氧化铝（Al2O3，150目）。
处理工艺：将渗铝剂(铝粉、氯化铵、氧化钇和氧化铝)充分混合均匀后与试样共置于带盖的刚玉坩埚中，用耐火泥密封，在惰性气体的保护下进行渗铝处理，第一段加热至800℃保温6小时，进行第二段加热，第二段加热至900℃，保温1小时，然后随炉冷却至室温，两段加热过程中的升温速率为7℃/min。
处理结果：经上述处理后的镍基高温合金渗铝层表面主要为NiAl相和少量的Ni2Al3，渗层厚度约为130μm，如图7所示。
实施例8
按照重量百分比计，渗铝剂包括如下组分：40％铝粉（Al，150目），4%氧化钇（Y2O3，150目），4％氯化铵（NH4Cl），52％氧化铝（Al2O3，150目）。
处理工艺：将渗铝剂(铝粉、氯化铵、氧化钇和氧化铝)充分混合均匀后与试样共置于带盖的刚玉坩埚中，用耐火泥密封，在惰性气体的保护下进行渗铝处理，第一段加热至800℃保温6小时，进行第二段加热，第二段加热至900℃，保温1小时，然后随炉冷却至室温，两段加热过程中的升温速率为10℃/min。
处理结果：经上述处理后的镍基高温合金渗铝层表面主要为NiAl相和少量的Ni2Al3，渗层厚度约为155μm，如图7所示。
实施例9
按照重量百分比计，渗铝剂包括如下组分：40％铝粉（Al，150目），4%氧化钇（Y2O3，150目），5％氯化铵（NH4Cl），51％氧化铝（Al2O3，150目）。
处理工艺：将渗铝剂(铝粉、氯化铵、氧化钇和氧化铝)充分混合均匀后与试样共置于带盖的刚玉坩埚中，用耐火泥密封，在惰性气体的保护下进行渗铝处理，第一段加热至800℃保温6小时，进行第二段加热，第二段加热至900℃，保温1小时，然后随炉冷却至室温，两段加热过程中的升温速率为12℃/min。
处理结果：经上述处理后的镍基高温合金渗铝层表面主要为NiAl相和少量的Ni2Al3，渗层厚度约为93μm，如图9所示。
采用本发明的渗铝剂和渗铝方法处理后的试样置于1100℃的炉子中加热10min后取出放置于水中，循环重复120次，涂层不会脱落。
采用一般的热喷涂制备的涂层，1100℃，10min，目前最多只有60次左右涂层便会脱落。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种粉末包埋渗铝剂，其特征在于：按照重量百分比计，所述的渗铝剂包括如下组分：
铝粉(Al)35-50%；
氯化铵(NH4Cl)2-5%；
氧化钇(Y2O3)3.5-4.5%；
氧化铝(Al2O3)余量。
2.根据权利要求1所述的一种粉末包埋渗铝剂，其特征在于：按照重量百分比计，所述的渗铝剂包括如下组分：
铝粉(Al)40%；
氯化铵(NH4Cl)2-5%；
氧化钇(Y2O3)4%；
氧化铝(Al2O3)余量。
3.根据权利要求2所述的一种粉末包埋渗铝剂，其特征在于：按照重量百分比计，所述的渗铝剂包括如下组分：
铝粉(Al)40%；
氯化铵(NH4Cl)4%；
氧化钇(Y2O3)4%；
氧化铝(Al2O3)余量。
4.根据权利要求1、2或3中任意一项所述的一种粉末包埋渗铝剂，其特征在于：所述的铝粉、氯化铵、氧化钇和氧化铝为150-200目的粉末状颗粒。
5.一种采用权利要求1、2或3中任意一项所述的渗铝剂对镍基高温合金的表面进行渗铝的方法，其特征在于：该方法是将渗铝剂按比例将铝粉、氯化铵、氧化钇和氧化铝充分混合均匀后与需要进行渗铝处理的镍基合金共置于密封的渗灌中，在750-900℃的条件下进行渗铝处理。
6.根据权利要求5所述的采用渗铝剂对镍基高温合金的表面进行渗铝的方法，其特征在于：在密封渗灌中分段加热进行渗铝处理，第一段即热温度为750-850℃，第二段加热温度为900℃。
7.根据权利要求6所述的采用渗铝剂对镍基高温合金的表面进行渗铝的方法，其特征在于：在真空下或惰性气体保护下分段加热进行渗铝处理，第一段加热至800℃，保温6h，第二段加热至900℃，保温1h，然后随炉冷却至室温取出试样；两段加热过程中的升温速率均为7-12℃/min。
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