CN107675124A - 一种钢件表面处理的方法 - Google Patents

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陈善辉
罗锋
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Abstract

本发明公开了一种钢件表面处理的方法，包括如下步骤：截取尺寸10*10*5mm的钢材试样作为基材，选用块状纯铝作为源极材料；将钢材试样经过多道次砂纸打磨、机械抛光后，再依次清洗、烘干后；用双层辉光等离子渗金属真空炉进行渗铝处理，用不锈钢圆筒作为辅助阴极，将基材和块状纯铝置于辅助阴极内，开始表面处理，处理后试样随炉冷却至室温。本发明操作简单，实施过程环保无污染，工艺易于控制，渗层质量好，表面主要成分为NiAl和Ni3Al，提升了渗层和基体间的结合力；在不锈钢表面形成较完整致密的铝表面层，从而可以有效抗腐蚀。表面形成氧化膜后，可以有效阻止氧原子的进一步渗入，整体表面性能稳定。

Description

一种钢件表面处理的方法
技术领域
本发明涉及一种钢件表面处理的方法，属于金属加工领域。
背景技术
不锈钢由于其优异的性能，已经在生产生活的各个方面得到了广泛应用。可以通过多种方法获得不锈钢成品。在粉末冶金中，不锈钢粉末通过高温烧结致密化而最终得到产品，其中真空烧结就是一个很常用的方法。但是在真空烧结中，不锈钢中防锈的Cr元素会挥发，从而影响不锈钢产品的性能。因此，可以考虑在不锈钢表面施加防护涂层用来增加其耐腐蚀性，然而，实践证明防护涂层与不锈钢基体之间很容易脱裂，因而如何提升不锈钢表面的耐腐蚀能力是当务之急。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种可操作性强的钢件表面处理的方法，可以提升处理后钢材的表面耐腐蚀性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种钢件表面处理的方法，包括如下步骤：
(1)截取尺寸10*10*5mm的钢材试样作为基材，选用块状纯铝作为源极材料；
(2)将钢材试样经过多道次砂纸打磨、打磨后用0.5μm的金刚石喷雾抛光剂进行机械抛光，再依次在丙酮、酒精、去离子水中超声清洗10min，烘干后，封装待用；
(3)用双层辉光等离子渗金属真空炉进行渗铝处理，用不锈钢圆筒作为辅助阴极，将基材和块状纯铝置于辅助阴极内；
(4)开始表面处理：工艺参数为频率55-60Hz，极间距15-20mm，保温温度800-900℃，保温时间2-3h，源极电压400-600V，阴极电压250-350V，处理后试样随炉冷却至室温。
作为本发明优选的技术方案，所述源极材料采用的块状纯铝为99.9wt％的铝锭。
作为本发明优选的技术方案，所述钢材试样为AISI316不锈钢。
作为本发明优选的技术方案，所述步骤(4)的工艺参数为频率55Hz，极间距15mm，保温温度800℃，保温时间2h。
作为本发明优选的技术方案，所述步骤(4)的源极电压500V，阴极电压300V。
本发明操作简单，实施过程环保无污染，工艺易于控制，渗层质量好，表面主要成分为NiAl和Ni3Al，提升了渗层和基体间的结合力；随时间进行在不锈钢表面可以形成较完整致密的防腐氧化铝表面层，从而可以有效抗腐蚀。表面形成氧化膜后，可以有效阻止氧原子的进一步渗入，整体表面性能稳定。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种钢件表面处理的方法，包括如下步骤：
(1)截取尺寸10*10*5mm的钢材试样作为基材，选用块状纯铝作为源极材料；
(2)将钢材试样经过多道次砂纸打磨、打磨后用0.5μm的金刚石喷雾抛光剂进行机械抛光，再依次在丙酮、酒精、去离子水中超声清洗10min，烘干后，封装待用；
(3)用双层辉光等离子渗金属真空炉进行渗铝处理，用不锈钢圆筒作为辅助阴极，将基材和块状纯铝置于辅助阴极内；
(4)开始表面处理：工艺参数为频率55Hz，极间距15mm，保温温度800℃，保温时间2h，源极电压400V，阴极电压250V，处理后试样随炉冷却至室温。
采用X射线衍射仪分析渗铝层相结构，用能谱仪分析试样表面及截面元素分布，采用电子天平(精度为0.1mg)测定渗铝钢的氧化增重量。
检测结果显示，渗层与基体形成了良好的冶金结合，表面Al的质量分数为25.60％；物相分析显示，渗层的主要相成分为NiAl和Ni3Al，铝在Fe基体中的溶解度很小，且铝和镍的亲和力比铝和铁的亲和力大，因此优先形成镍铝合金，镍铝合金提升了渗层和基体间的结合力。
在600℃对试样进行氧化2h，氧化后EDS分析后，可以看出表面层主要是Al、O元素，且表面Al与O的原子比约为0.641，接近Al2O3中原子的理论比，由此可以推测，试样经氧化处理后的表面主要成分为Al2O3。这从另一个方面反映出，本发明可在不锈钢表面形成较完整致密的铝表面层，从而可以有效抗腐蚀。
将试样在600℃进一步氧化4h、6h，发现增重现象不明显，说明表面形成氧化膜后，可以有效阻止氧原子的进一步渗入，整体表面性能稳定。
实施例2
钢件表面处理的方法，包括如下步骤：
(1)截取尺寸10*10*5mm的钢材试样作为基材，选用块状纯铝作为源极材料；
(2)将钢材试样经过多道次砂纸打磨、打磨后用0.5μm的金刚石喷雾抛光剂进行机械抛光，再依次在丙酮、酒精、去离子水中超声清洗10min，烘干后，封装待用；
(3)用双层辉光等离子渗金属真空炉进行渗铝处理，用不锈钢圆筒作为辅助阴极，将基材和块状纯铝置于辅助阴极内；
(4)开始表面处理：工艺参数为频率60Hz，极间距20mm，保温温度900℃，保温时间3h，源极电压600V，阴极电压350V，处理后试样随炉冷却至室温。
经测量，其性能与实施例1的样品性能一致。
实施例3
钢件表面处理的方法，包括如下步骤：
(1)截取尺寸10*10*5mm的钢材试样作为基材，选用块状纯铝作为源极材料；
(2)将钢材试样经过多道次砂纸打磨、打磨后用0.5μm的金刚石喷雾抛光剂进行机械抛光，再依次在丙酮、酒精、去离子水中超声清洗10min，烘干后，封装待用；
(3)用双层辉光等离子渗金属真空炉进行渗铝处理，用不锈钢圆筒作为辅助阴极，将基材和块状纯铝置于辅助阴极内；
(4)开始表面处理：工艺参数为频率55Hz，极间距15mm，保温温度800℃，保温时间2h，源极电压500V，阴极电压300V，处理后试样随炉冷却至室温。经测量，其性能与实施例1的样品性能一致。

Claims (5)

1.一种钢件表面处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)截取尺寸10*10*5mm的钢材试样作为基材，选用块状纯铝作为源极材料；
(2)将钢材试样经过多道次砂纸打磨、打磨后用0.5μm的金刚石喷雾抛光剂进行机械抛光，再依次在丙酮、酒精、去离子水中超声清洗10min，烘干后，封装待用；
(3)用双层辉光等离子渗金属真空炉进行渗铝处理，用不锈钢圆筒作为辅助阴极，将基材和块状纯铝置于辅助阴极内；
(4)开始表面处理：工艺参数为频率55-60Hz，极间距15-20mm，保温温度800-900℃，保温时间2-3h，源极电压400-600V，阴极电压250-350V，处理后试样随炉冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种钢件表面处理的方法，其特征在于，所述源极材料采用的块状纯铝为99.9wt％的铝锭。
3.根据权利要求1所述的一种钢件表面处理的方法，其特征在于，所述钢材试样为AISI316不锈钢。
4.根据权利要求1所述的一种钢件表面处理的方法，其特征在于，所述步骤(4)的工艺参数为频率55Hz，极间距15mm，保温温度800℃，保温时间2h。
5.根据权利要求1所述的一种钢件表面处理的方法，其特征在于，所述步骤(4)的源极电压500V，阴极电压300V。
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