CN112458398A - 一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法及不锈钢板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法及不锈钢板。一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法，包括以下步骤：（1）将不锈钢板进行表面喷砂处理；（2）将经过喷砂处理后的不锈钢板转入450℃~550℃的混合气体气氛中进行二次表面处理，混合气体为氯化氢与氨气的混合气体；（3）将经过二次表面处理后的不锈钢板采用固体粉体渗剂进行表面渗铝处理，渗铝处理的温度为500℃~550℃，所述渗铝处理的时间为2.5~3.5h。本发明的一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法降低了渗铝的工艺处理温度，在较短的时间内就可在不锈钢板表面形成厚度均匀的渗铝层，降低了不锈钢板渗铝工艺处理的能耗，提高了渗铝工艺处理的效率。

Description

一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法及不锈钢板
技术领域
本发明属于金属工件表面处理技术领域，具体涉及一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法及不锈钢板。
背景技术
不锈钢因具有耐腐蚀、耐高温、机械强度高、韧性高及可回收利用等诸多优良特性，被广泛应用并快速发展。但在工程应用中，不锈钢不是在任何工作条件下都具有良好的耐腐蚀性，在含氯离子、硫酸根离子及硫化氢的工作环境中，不锈钢内可能出现点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等局部腐蚀破坏现象，这种腐蚀隐蔽性较高，容易造成重大的工程事故。国内外针对不锈钢腐蚀的研究已有很多，可归结为以下几种方法：优化钢材组织结构、腐蚀介质中添加缓蚀剂、表面钝化处理、化学热处理、钢材表面涂层技术以及自组装缓蚀功能膜技术等。其中，化学热处理技术是指通过渗入不同的合金元素，使工件表面渗层的耐蚀性、耐磨性和抗高温氧化性能大幅度提高，并且渗层具有与基体结合强度高、不易脱落等优点，这些是涂层技术、物理气相沉积技术无法达到的。
不锈钢表面渗铝技术是化学热处理中非常有效的一种，如中国专利CN201910044334.1公开了抗高温蠕变性优良的改性奥氏体不锈钢及制备方法，该改性钢包括钢基体和渗层，渗层由内至外包括40～80μm的含Al的Fe相扩散层、50～100μm的Fe-Al化合物层和10～20μm的Al2O3薄膜。制备方法包括：（1）电解抛光；（2）渗铝：分别于400～600℃和900℃～1050℃下处理，炉冷；（3）喷砂：于0.6～0.9MPa氮气下进行；（4）退火：1000～1100℃下退火，炉冷；（5）激光冲击强化：单脉冲能量4～7J，光斑直径2.6～3mm，次数1～3次。该专利的改性钢在熔融铝硅合金条件下抗蠕变性能和抗腐蚀性能优良、渗层无脆性相、与基体结合力强、抗剥落性能及韧性和强度好。为了提高铝在不锈钢基体表层的渗透性，该专利通过电解抛光对不锈钢基体进行前处理，以去除不锈钢基体表面的钝化膜，这种电解抛光的前处理方法需要使用大量的浓硫酸和浓磷酸，增加了废酸处理负担且生产过程不经济环保，前处理过程复杂；另外，为了提高铝在不锈钢基体表层的渗透量，该专利需要在高温（900℃～1050℃）条件下进行渗铝操作，工艺温度高且渗铝时间长（10h~15h），导致能耗大、效率低，而且渗铝过程的高温处理会使得不锈钢工件晶粒变大，工件的尺寸精度难以保证，使得不锈钢工件的机械性能下降。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法及不锈钢板。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法，包括以下步骤：
（1）将不锈钢板进行表面喷砂处理；
（2）将经过所述喷砂处理后的不锈钢板转入450℃~550℃的混合气体气氛中进行二次表面处理，所述混合气体为氯化氢与氨气的混合气体；
（3）将经过所述二次表面处理后的不锈钢板采用固体粉体渗剂进行表面渗铝处理，所述渗铝处理的温度为500℃~550℃，所述渗铝处理的时间为2.5~3.5h。
优选地，所述混合气体中氯化氢与氨气的体积比为（1~3）:1。
优选地，所述喷砂处理条件为：喷砂磨料的粒度为60目或120目；喷砂距离为5~10cm；喷砂时间为3~5min；喷砂压力为0.5~0.6MPa；喷砂角度为60~90°。
优选地，所述喷砂磨料为白刚玉或石英砂。
优选地，所述固体粉体渗剂中含有铝粉、氯化铵粉和氧化铝粉。
优选地，所述固体粉体渗剂中含有以下重量份成分：150~200目铝粉50~60份，150~200目氯化铵粉1~2份，150目氧化铝粉45~50份。
优选地，所述固体粉体渗剂中还含有锌粉。
优选地，所述固体粉体渗剂中还含有以下重量份成分：150~200目锌粉30~80份。
优选地，所述渗铝处理后不锈钢板表面渗铝层厚度为50~60um。
本发明还提供一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法制备的不锈钢板。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法在对不锈钢板进行渗铝处理之前，通过对不锈钢板进行表面喷砂处理去除不锈钢板表面的油污、氧化皮等杂物，之后再通过二次表面处理，即通过化学反应的方法去除不锈钢板表面难以除去的钝化膜，经过两次表面处理后，不锈钢板表面会产生大量的空位、位错等晶体缺陷，这些晶体缺陷有助于铝原子在不锈钢板表层向内扩散，降低了铝原子的迁移能，进而使得可在较低的温度下进行渗铝工艺处理，并可在不锈钢板表面形成一层厚度均匀的渗铝层，有效提高不锈钢板的防腐蚀性能。本发明的一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法采用的渗铝前处理工艺简单，易于操作，且降低了渗铝的工艺处理温度，在较短的时间内就可在不锈钢板表面形成厚度均匀的渗铝层，降低了不锈钢板渗铝工艺处理的能耗，提高了渗铝工艺处理的效率，且低温渗铝处理工艺利于不锈钢板机械性能的提升。
本发明的附加优点、目的以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明实施例提供一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法，包括以下步骤：
（1）将不锈钢板进行表面喷砂处理；
（2）将经过喷砂处理后的不锈钢板转入450℃~550℃的混合气体气氛中进行二次表面处理，混合气体为氯化氢与氨气的混合气体；
（3）将经过二次表面处理后的不锈钢板采用固体粉体渗剂进行表面渗铝处理，渗铝处理的温度为500℃~550℃，渗铝处理的时间为2.5~3.5h。
不锈钢板材料中含有大量的合金元素，合金元素中的Cr在空气中极易形成致密的Cr2O3钝化膜，Cr2O3钝化膜若不能有效地从不锈钢板表面除去，在对不锈钢板进行渗铝工艺处理时，这层Cr2O3钝化膜会严重阻碍铝原子向不锈钢板表层扩散，致使不锈钢板表面的渗铝层不均匀或根本无法在不锈钢板表面形成渗铝层。为了提高铝原子在不锈钢板表面的渗透能力，本发明在进行渗铝工艺处理前，先采用表面喷砂处理对不锈钢板表面进行一次表面处理，通过一次表面处理以去除不锈钢板表面大部分的油污、氧化皮等杂物。通过表面喷砂处理后，喷砂磨料的高速运动撞击不锈钢工件表面后能够激活不锈钢表面的原子，这部分被激活的原子与空气接触后在短时间内会在不锈钢板的表面再次生成新的Cr2O3钝化膜；此外，单纯依靠表面喷砂处理工艺也难以将不锈钢板表面原有的Cr2O3钝化膜清除完全，因此，本发明在对不锈钢板表面进行一次表面处理后，还需通过化学反应的方法去除不锈钢板表面难以除去的钝化膜，即将经过喷砂处理后的不锈钢板转入450℃~550℃的混合气体气氛中进行二次表面处理。在二次表面处理的过程中，氯化氢气体可与Cr2O3钝化膜反应生成CrCl3，CrCl3继续与通入的氨气反应生成CrN，这样就可以将不锈钢板表面致密的Cr2O3钝化膜除去，利于后续的渗铝工艺处理的进行。同时，二次表面处理时，通过控制混合气体气氛的温度在450℃~550℃，远远高于氯化铵的分解温度，可以避免氯化氢气体与氨气发生化合反应。
表面喷砂处理可使不锈钢板表面发生剧烈的塑性变形，造成材料表面加工硬化和细晶强化，使得变形层强度提高，同时不锈钢板内部微观组织的改变会使得不锈钢板表面会产生大量的空位、位错等晶体缺陷，这些晶体缺陷形成原子扩散的捷径，使原子扩散路径由体扩散转变为点阵缺陷扩散，有助于铝原子在不锈钢板表层向内扩散，降低了铝原子的迁移能，进而使得可在较低的温度下（500℃~550℃）进行渗铝工艺处理，并可在不锈钢板表面形成一层厚度均匀的渗铝层，有效提高不锈钢板的防腐蚀性能。本发明的一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法采用的渗铝前处理工艺简单，易于操作，且降低了渗铝的工艺处理温度，在较短的时间（2.5~3.5h）内就可在不锈钢板表面形成厚度均匀的渗铝层，降低了不锈钢板渗铝工艺处理的能耗，提高了渗铝工艺处理的效率，且低温渗铝处理工艺利于不锈钢板机械性能的提升。
优选地，喷砂处理条件为：喷砂磨料的粒度为60目或120目；喷砂距离为5~10cm；喷砂时间为3~5min；喷砂压力为0.5~0.6MPa；喷砂角度为60~90°。喷砂磨料可选为常用的白刚玉或石英砂。喷砂磨料的粒度过大会导致喷嘴和输送管堵塞，且可能使不锈钢板材变形严重；喷砂磨料的粒度过小会降低喷砂处理的工作效率，降低变形层厚度，因此，本发明实施例选择粒度为60目或120目的喷砂磨料。喷砂压力增大会提高喷砂的工作效率，但会增加磨料的磨损率及加大不锈钢板的切削量；喷砂压力太小会降低喷砂效率，因此，本发明实施例选择喷砂压力为0.5~0.6MPa。
优选地，混合气体中氯化氢与氨气的体积比为（1~3）:1，这样使得不锈钢板表面的Cr2O3钝化膜被充分反应掉。
优选地，固体粉体渗剂中含有铝粉、氯化铵粉和氧化铝粉。铝粉为渗铝工艺提供铝原子，氧化铝粉的加入可以防止铝粉间相互粘结，氯化铵粉可以促进铝粉在不锈钢板表面的渗透。优选地，固体粉体渗剂中含有以下重量份成分：150~200目铝粉50~60份，150~200目氯化铵粉1~2份，150目氧化铝粉45~50份。
优选地，固体粉体渗剂中还含有锌粉。在500~550℃的渗铝处理温度下，锌粉的加入使得固体粉体渗剂处于固液两相区，可以降低固体粉体渗剂中铝粉的熔点，进而可以降低渗铝处理的工艺温度。更优选地，固体粉体渗剂中还含有以下重量份成分：150~200目锌粉30~80份。
本发明还提供一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法制备的不锈钢板。优选地，渗铝处理后不锈钢板表面渗铝层厚度为50~60um。
以下结合具体实施例做进一步说明。
实施例1
本发明实施例1提供一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法及不锈钢板，包括以下步骤：
（1）将304冷轧不锈钢板进行表面喷砂处理；喷砂处理条件为：喷砂磨料为60目白刚玉；喷砂距离为10cm；喷砂时间为3min；喷砂压力为0.5MPa；喷砂角度为60°。
（2）将经过喷砂处理后的不锈钢板转入450℃的混合气体气氛中进行二次表面处理，混合气体为氯化氢与氨气的混合气体；混合气体中氯化氢与氨气的体积比为1:1。
（3）在经过二次表面处理后的不锈钢板的表面上覆盖一层2cm厚的固体粉体渗剂进行表面渗铝处理，渗铝处理的温度为520℃，渗铝处理的时间为3.5h。固体粉体渗剂中含有以下重量份成分：150~200目铝粉50份，150~200目氯化铵粉1份，150目氧化铝粉50份。
经过渗铝处理后，检测不锈钢板表面渗铝层厚度为50~52um，渗铝层连续且厚薄均匀。
实施例2
本发明实施例2提供一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法及不锈钢板，包括以下步骤：
（1）将304冷轧不锈钢板进行表面喷砂处理；喷砂处理条件为：喷砂磨料为120目石英砂；喷砂距离为5cm；喷砂时间为4min；喷砂压力为0.5MPa；喷砂角度为60°。
（2）将经过喷砂处理后的不锈钢板转入550℃的混合气体气氛中进行二次表面处理，混合气体为氯化氢与氨气的混合气体；混合气体中氯化氢与氨气的体积比为2:1。
（3）在经过二次表面处理后的不锈钢板的表面上覆盖一层2cm厚的固体粉体渗剂进行表面渗铝处理，渗铝处理的温度为530℃，渗铝处理的时间为3h。固体粉体渗剂中含有以下重量份成分：150~200目铝粉60份，150~200目氯化铵粉1.5份，150目氧化铝粉45份，150~200目锌粉40份。
经过渗铝处理后，检测不锈钢板表面渗铝层厚度为58~60um，渗铝层连续且厚薄均匀。
实施例3
本发明实施例3提供一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法及不锈钢板，包括以下步骤：
（1）将304冷轧不锈钢板进行表面喷砂处理；喷砂处理条件为：喷砂磨料为120目白刚玉；喷砂距离为5cm；喷砂时间为5min；喷砂压力为0.6MPa；喷砂角度为90°。
（2）将经过喷砂处理后的不锈钢板转入500℃的混合气体气氛中进行二次表面处理，混合气体为氯化氢与氨气的混合气体；混合气体中氯化氢与氨气的体积比为3:1。
（3）在经过二次表面处理后的不锈钢板的表面上覆盖一层2cm厚的固体粉体渗剂进行表面渗铝处理，渗铝处理的温度为550℃，渗铝处理的时间为2.5h。固体粉体渗剂中含有以下重量份成分：150~200目铝粉60份，150~200目氯化铵粉2份，150目氧化铝粉50份，150~200目锌粉80份。
经过渗铝处理后，检测不锈钢板表面渗铝层厚度为52~55um，渗铝层连续且厚薄均匀。
实施例4
本发明实施例4提供一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法及不锈钢板，包括以下步骤：
（1）将304冷轧不锈钢板进行表面喷砂处理；喷砂处理条件为：喷砂磨料为120目白刚玉；喷砂距离为8cm；喷砂时间为3min；喷砂压力为0.5MPa；喷砂角度为70°。
（2）将经过喷砂处理后的不锈钢板转入500℃的混合气体气氛中进行二次表面处理，混合气体为氯化氢与氨气的混合气体；混合气体中氯化氢与氨气的体积比为1:1。
（3）在经过二次表面处理后的不锈钢板的表面上覆盖一层2cm厚的固体粉体渗剂进行表面渗铝处理，渗铝处理的温度为500℃，渗铝处理的时间为3h。固体粉体渗剂中含有以下重量份成分：150~200目铝粉60份，150~200目氯化铵粉2份，150目氧化铝粉45份，150~200目锌粉30份。
经过渗铝处理后，检测不锈钢板表面渗铝层厚度为50~54um，渗铝层连续且厚薄均匀。
对比例1
其与实施例1不同之处在于，304冷轧不锈钢板进行表面喷砂处理后直接进行表面渗铝处理，其他处理条件相同。
经过渗铝处理后，检测不锈钢板表面渗铝层厚度为20~25um，渗铝层较薄且厚薄不均匀。
对比例2
其与实施例2不同之处在于，304冷轧不锈钢板进行表面喷砂处理后直接进行表面渗铝处理，其他处理条件相同。
经过渗铝处理后，检测不锈钢板表面渗铝层厚度为28~36um，渗铝层较薄且厚薄不均匀。
本发明实施例1~实施例4的结果表明，采用本发明的一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法可在不锈钢板表明形成一层厚度50~60um的渗铝层，且渗铝层厚度均匀。本发明实施例1与对比例1，实施例2与对比例2的结果表明，采用两次表面处理可提高铝原子在不锈钢板表面的渗透性，提高渗铝层的厚度及均匀性。
本发明的保护范围不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (10)

1.一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将不锈钢板进行表面喷砂处理；
（2）将经过所述喷砂处理后的不锈钢板转入450℃~550℃的混合气体气氛中进行二次表面处理，所述混合气体为氯化氢与氨气的混合气体；
（3）将经过所述二次表面处理后的不锈钢板采用固体粉体渗剂进行表面渗铝处理，所述渗铝处理的温度为500℃~550℃，所述渗铝处理的时间为2.5~3.5h。
2.根据权利要求1所述的一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法，其特征在于，所述混合气体中氯化氢与氨气的体积比为（1~3）:1。
3.根据权利要求1所述的一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法，其特征在于，所述喷砂处理条件为：喷砂磨料的粒度为60目或120目；喷砂距离为5~10cm；喷砂时间为3~5min；喷砂压力为0.5~0.6MPa；喷砂角度为60~90°。
4.根据权利要求3所述的一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法，其特征在于，所述喷砂磨料为白刚玉或石英砂。
5.根据权利要求1所述的一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法，其特征在于，所述固体粉体渗剂中含有铝粉、氯化铵粉和氧化铝粉。
6.根据权利要求5所述的一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法，其特征在于，所述固体粉体渗剂中含有以下重量份成分：150~200目铝粉50~60份，150~200目氯化铵粉1~2份，150目氧化铝粉45~50份。
7.根据权利要求6所述的一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法，其特征在于，所述固体粉体渗剂中还含有锌粉。
8.根据权利要求7所述的一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法，其特征在于，所述固体粉体渗剂中还含有以下重量份成分：150~200目锌粉30~80份。
9.根据权利要求8所述的一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法，其特征在于，所述渗铝处理后不锈钢板表面渗铝层厚度为50~60um。
10.根据权利要求1~9任一项所述的一种喷砂辅助的渗铝不锈钢板的制备方法制备的不锈钢板。
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