CN107699849B - 一种高频感应热浸渗铝工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高频感应热浸渗铝工艺。所述的一种高频感应热浸渗铝工艺，包括以下步骤：将钢件进行机械和化学两种结合的方法除锈，碱洗除油，表面助镀，烘干，马弗炉加热铝液，高频感应浸渗铝，通过上述步骤即可得到浸渗铝钢。本发明的产品由纯铝层、Fe‑Al金属间化合物层和基体组成，纯铝层在使用过程中，表面形成致密的氧化铝层，具有耐腐蚀性，Fe‑Al金属间化合物层在5~20um之间，不破坏基体的塑性，同时可提高钢件的强度。本发明的制备方法可大幅度降低浸渗铝时间，提高生产效率。

Description

一种高频感应热浸渗铝工艺
技术领域
本发明涉及一种高频感应热浸渗铝钢的制备。
背景技术
钢铁因其高强度、高韧性、容易加工、成本低而成为工业中用量最大的一类金属材料，但其最大的缺点就是易锈蚀和磨损，往往因此造成巨大的经济损失。因为腐蚀与磨损都始于钢材表面，所以采用表面工程技术实施于材料表面改性已成为材料科学最活跃的前沿领域之一。
热浸渗铝是将表面净化的工件浸于熔融铝或铝合金中并保持一定时间，发生铝液对钢表面浸润、铁的溶解以及铁原子与铝原子的相互扩散和反应，从而形成Fe-Al金属间化合物中间层，当工件从铝液中提出时在此合金层的表面粘附一层铝液或铝合金液，在其冷却凝固后便形成包括Fe-Al合金层和表面纯铝层或铝合金层的镀层。传统的热浸渗铝钢的热浸温度较低，一般在完全奥氏体化温度以下，可以作为室温耐腐蚀用热浸渗铝钢，但不适于严苛条件下的使用，如高温、腐蚀性环境，必须经过后续长达几个小时的渗铝工序，才可在严苛条件下使用，生产成本高，且经过长期的高温保温处理，基体材料晶粒长大（如Q235钢热浸渗铝层的组织分析和性能，南京化工大学学报，2000，22（6），10~13，扩散退火工艺参数为900℃ 、5 h 时，经扩散退火后, 渗铝Q235 钢基体的晶粒度也由原来的8级长大至5~6 级），消耗了表面的铝合金层，降低了耐腐蚀和力学性能。本发明提供的一种高频感应热浸渗铝钢的制备方法，由于高频感应的集肤作用，钢件的表面快速升温，钢件表层达到完全奥氏体化温度，而钢件内部温度几乎不变，在表层浸铝和渗铝同时进行，热浸渗铝生产时间控制在90~150s，大幅度降低生产周期的同时，可以保证基体内部晶粒度不变，确保材料的力学性能。
发明内容
本发明的一种高频感应热浸渗铝工艺制备的渗铝钢由纯铝层、Fe-Al金属间化合物层和基体组成，纯铝层在使用过程中，表面形成致密的氧化铝层，具有耐腐蚀性， Fe -Al金属间化合物层在5~20um之间，不破坏基体的塑性，同时可提高钢件的强度。本发明的制备方法可大幅度降低浸渗铝时间，提高生产效率。
本发明的制备方法包含以下几个步骤：
步骤一、除锈：将钢件进行机械和化学两种结合的方法除锈，先用砂纸将钢件的表面较厚的锈层进行打磨，将打磨后的钢件放在3-6%HCl溶液中浸泡2min，取出后用清水进行冲洗。
步骤二、碱洗除油：除油剂为20%NaOH + 2%十二烷基硫酸钠 + 5%NaSiO3 + 其余为水（质量百分比），加热至80℃，浸泡时间为10~20min，取出后同样用清水进行冲洗。
步骤三、表面助镀：助镀剂为（2~4%）Cr2O3 +(1~2%) KF +（1~2%）KBF4 +（1~2%）ZnCl2 + 其余为水（质量百分比），加热至40℃，助镀时间3~6min，取出后100℃下保温1h，3h内进行浸渗。
步骤四、马弗炉加热：将铝锭放入坩埚，再放入马弗炉中进行加热，加热温度为750℃，保温2h，将坩埚取出，再将表层的氧化膜撇除。
步骤五、高频感应浸渗：在盛有铝液的坩埚外面加感应线圈，通感应电流600~900A，感应频率50KHz，感应时间90~150s。
通过上述步骤即可达到高频感应浸渗铝钢。
所述的步骤三表面助镀过程中，助镀剂的质量比例为Cr2O3 ：KF ：KBF4 ：ZnCl2 =2：1：1：1。
本发明具有如下有益效果：
步骤一中采用机械和化学结合方法除锈，对于锈层较严重的钢材也适用，除锈效果更佳显著。
步骤二碱洗除油中的除油剂为20%NaOH + 2%十二烷基硫酸钠 + 5%NaSiO3 + 水，其中加入的十二烷基硫酸钠表面活性剂和清洗助剂NaSiO3去除油污效果更佳。
步骤三表面助镀中助镀剂为（2~4%）Cr2O3 +(1~2%) KF +（1~2%）KBF4 +（1~2%）ZnCl2 + 水，氧化物、氟化物和氯化物按一定的比例配合，可以在金属的表面形成均匀、致密的覆盖助镀剂，避免金属的氧化和漏镀。
步骤五高频感应浸渗的感应频率高，肌肤效应显著，使钢材的表层快速升温，温度快速达到完全奥氏体化温度，浸渗铝时间更短，可以使钢材Fe-Al层控制在一定的范围，且能保证紧密连接铝层和基体，基体内部组织晶粒度和原始组织相同，可以保证基体材料的力学性能。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为实施例一中高频感应渗铝钢的金相组织图。
具体实施方式
实施案例一：
步骤一、除锈：将钢件进行机械和化学两种结合的方法除锈，先用砂纸将钢件的表面较厚的锈层进行打磨，将打磨后的钢件放在5%HCl溶液中浸泡2min，取出后用清水进行冲洗。
步骤二、碱洗除油：除油剂为20%NaOH + 2%十二烷基硫酸钠 + 5%NaSiO3 + 水，加热至80℃，浸泡时间为10min，取出后同样用清水进行冲洗。
步骤三、表面助镀：助镀剂为2%Cr2O3 + 1%KF + 1%KBF4 + 1%ZnCl2 + 水，加热至40℃，助镀时间6min，取出后100℃下保温1h，3h内进行浸渗。
步骤四、马弗炉加热：将铝锭放入坩埚，再放入马弗炉中进行加热，加热温度为750℃，保温2h，将坩埚取出，再将表层的氧化膜撇除。
步骤五、高频感应浸渗：在盛有铝液的坩埚外面加感应线圈，通感应电流700A，感应频率50KHz，感应时间120s。感应渗铝钢的金相组织如图1所示。
实施案例二：
步骤一、除锈：将钢件进行机械和化学两种结合的方法除锈，先用砂纸将钢件的表面较厚的锈层进行打磨，将打磨后的钢件放在5%HCl溶液中浸泡2min，取出后用清水进行冲洗。
步骤二、碱洗除油：除油剂为20%NaOH + 2%十二烷基硫酸钠 + 5%NaSiO3 + 水，加热至80℃，浸泡时间为10min，取出后同样用清水进行冲洗。
步骤三、表面助镀：助镀剂为4%Cr2O3 + 2%KF + 2%KBF4 + 2%ZnCl2 + 水，加热至40℃，助镀时间5min，取出后100℃下保温1h，3h内进行浸渗。
步骤四、马弗炉加热：将铝锭放入坩埚，再放入马弗炉中进行加热，加热温度为750℃，保温2h，将坩埚取出，再将表层的氧化膜撇除。
步骤五、高频感应浸渗：在盛有铝液的坩埚外面加感应线圈，通感应电流800A，感应频率50KHz，感应时间100s。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高频感应热浸渗铝工艺，包括以下步骤：将钢件进行机械和化学两种结合的方法除锈，碱洗除油，表面助镀，烘干，马弗炉加热铝液温度至650-850℃，高频感应浸渗铝，所述的高频感应浸渗铝是在浸渗电流为600~900A，浸渗频率50KHz，浸渗时间90~150s，即得到高频感应热浸渗铝钢，所述的高频感应热浸渗铝钢由纯铝层、Fe-Al金属间化合物层和基体组成，Fe-Al金属间化合物层厚度在5~20μm之间，紧密连接纯铝层和基体，基体内部组织为原钢组织，晶粒度不发生变化。
2.根据权利要求1所述的高频感应热浸渗铝工艺，其特征在于，将钢件进行机械和化学两种结合的方法除锈，先用砂纸将钢件的表面的锈层进行打磨，将打磨后的钢件放在3-6%HCl溶液中浸泡2min，取出后用清水进行冲洗。
3.根据权利要求1所述的高频感应热浸渗铝工艺，其特征在于，碱洗除油，除油剂为由如下质量百分数的原料组成：20%NaOH、2%十二烷基硫酸钠、5%NaSiO3、其余为水组成，钢件进行机械和化学两种结合的方法除锈后置于除油剂中，加热至80℃，浸泡时间为10~20min，取出后同样用清水进行冲洗即可碱洗除油。
4.根据权利要求1所述的高频感应热浸渗铝工艺，其特征在于，表面助镀中，助镀剂由如下质量百分数的原料组成：2~4%Cr2O3、1~2%KF、1~2%KBF4、1~2%ZnCl2、其余为水组成，碱洗除锈后的钢件置于助镀剂中，加热至40℃，助镀时间3~6min，取出后100℃下保温1h，3h内进行浸渗。
5.根据权利要求1所述的高频感应热浸渗铝工艺，其特征在于，表面助镀，助镀剂由质量比例为Cr2O3 ：KF ：KBF4 ：ZnCl2 = 2：1：1：1组成。
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