CN112853260A - 一种粉末包埋渗涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种粉末包埋渗涂层的制备方法，将金属粉，氧化铝，活化剂，硅粉、稀土和石墨粉球磨混合均匀；将工件与球磨好的渗剂一起置于渗箱中，对渗箱进行密封处理；将渗箱置于热处理中加热做元素扩散渗化学热处理，可在获得表面致密平整的涂层，渗层厚度可达100微米。本申请在渗剂中加入了石墨可有效防止渗剂的高温固结，改善涂层表面质量；加入硅粉和稀土，进一步改善了涂层的组织性能。

Description

一种粉末包埋渗涂层的制备方法
【技术领域】
本发明涉及合金表面涂层技术领域，具体的说，是一种粉末包埋渗涂层的制备方法。
【背景技术】
粉末包埋渗制备涂层是一种金属原子渗入工件表层内的化学热处理工艺。将工件放在含有所渗元素的渗剂中，加热到一定温度保持适当时间，渗剂热分解所产生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。一般在在材料表面形成富金属层或化合物层，改变工件的表面特性，使其具有良好的耐氧化、耐腐蚀、抗结焦碳化等性能。粉末包埋法是一种传统的气相沉积法，制备工艺简单，不需要复杂的设备。利用粉末包埋法在材料表面制备渗层已在工业上得到广泛应用，但由于粉末包埋法渗过程中温度往往高于金属的熔点或接近渗剂部分组分的熔点，渗剂易于固结，导致渗层元素分布不均匀，工件表面不平整。本专利公开了一种粉末包埋渗涂层制备工艺，可以明显改善渗层质量。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种粉末包埋渗涂层的制备方法。本申请可以改善粉末包埋渗渗层质量的方法，解决了渗剂固结的问题，提高了产品质量和生产效率，适合于生产与工业应用。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种粉末包埋渗涂层的制备方法，将金属粉，氧化铝，活化剂，硅粉、稀土和石墨粉球磨混合均匀；将工件与球磨好的渗剂一起置于渗箱中，对渗箱进行密封处理；将渗箱置于热处理中加热做元素扩散渗化学热处理。
所述的工件材质主要为碳钢、合金钢和耐热钢；材料主要成分以质量百分比计，Ni：0～45％，Cr：0～35％，C：0～0.5％，Si：0～1％，Mn：0～1.5％，P：0～0.04％，S：0～0.03％，Fe余量。
所述的渗剂成分以质量百分比计为：金属粉10～50％，活化剂：2～4％；稀土：2～5％，硅粉：1％～3％；石墨粉0.1～0.5％；氧化铝：余量。所用粉末粒度为-150～+400目，
金属粉为铝、铬、铁铝合金中的一种或多种。
活化剂为氯化铵、氟化钠中的一种或两种。
稀土为铈或镧。
所述的石墨粉为可膨胀石墨，高温受热后膨胀倍数为50～300，起始膨胀温度不高于400℃。
所述的渗剂球磨混合处理，是使用行星式球磨机对渗剂进行球磨，以刚玉球为球磨介质，将刚玉球和渗剂放入球磨罐中，以150～300r/min的转速球磨1～2h；球磨后的粉末经150、400目筛子筛分后备用；刚玉球：渗剂的质量比为1:1～3:1。
所述的对渗箱进行密封处理，是使用水玻璃与高岭土或膨润土配制的高温耐火泥涂抹于渗箱罐体与渗箱盖的连接处，防止空气进入。
所述的扩散渗化学热处理，温度为700～1150℃，热处理时间为4～10h，升温速率5～10℃/S，保温结束后后随炉冷却。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本申请在渗剂中加入了可膨胀石墨，在高温下石墨粉膨胀，可明显防止渗剂的高温固结和涂层表面黏附结瘤。同时，石墨膨胀后得到一种疏松多孔的结构，该多孔结构有利于渗箱内渗剂气体分子和原子的快速扩散迁移，明显提高扩散速度和渗层均匀性。同时，石墨碳可以改善渗剂中的碳势气氛，防止工件脱碳和氧化。
本申请在渗剂中加入了硅粉元素，可降低碳及铁、镍元素的扩散系数，有效减缓涂层与基体之间的元素互扩散，可延长涂层高温使用寿命。
本申请在渗剂中加入了稀土元素铈或镧系元素，可改善渗剂固结以及金属元素扩散效率低的问题。稀土元素具有相对较大的原子尺寸，使得基体晶格畸变，提高了表面能量，有利于活性铝原子快速渗入，并且可有效改善渗层的组织与性能。
【附图说明】
图1为本发明的涂层表面SEM图；
图2为本发明的涂层截面SEM图；
图3为本发明的涂层截面EDS元素分布图。
图4为对比实施例2的涂层表面SEM图；
【具体实施方式】
以下提供本发明一种粉末包埋渗涂层的制备方法的具体实施方式。
实施例1
工件材料为Cr25Ni35合金，涂层制备过程如下：
步骤(1)：将共渗渗剂(铝粉45％，氯化铵：2％；铈稀土5％，硅粉：1％；石墨粉0.2％；氧化铝：余量)按配比称量好，将其搅拌混合后放入球磨机进行球磨混合2h，转速300r/min，球料比为1：2。
步骤(2)：将工件用碳化硅砂纸打磨至2000#，并用无水乙醇超声清洗。
步骤(3)：将工件埋入渗剂中压实，并用高温耐火泥填充好渗箱箱体与箱盖连接处，然后将其放入烘箱中80℃烘干2小时。
步骤(4)：将渗箱置于热处理炉中，以10℃/min加热至750℃保温5小时，保温结束后随炉冷却后取出。
对比实施例2
工件材料为Cr25Ni35合金，涂层制备过程如下：
步骤(1)：将共渗渗剂(铝粉45％，氯化铵：2％；硅粉：1％；氧化铝：余量)按配比称量好，将其搅拌混合后放入球磨机进行球磨混合2h，转速300r/min，球料比为1：2。
步骤(2)：将工件用碳化硅砂纸打磨至2000#，并用无水乙醇超声清洗。
步骤(3)：将工件埋入渗剂中压实，并用高温耐火泥填充好渗箱箱体与箱盖连接处，然后将其放入烘箱中80℃烘干2小时。
步骤(4)：将渗箱置于热处理炉中，以10℃/min加热至750℃保温5小时，保温结束后随炉冷却后取出。
比较本发明实施例1的图1和对比实施例2的图4，可以发现，由于避免了渗剂固结，提高了元素扩散均匀性，本发明实施获得的涂层表面光滑平整，无黏附积瘤等缺陷。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种粉末包埋渗涂层的制备方法，其特征在于，将金属粉，氧化铝，活化剂，硅粉、稀土和石墨粉球磨混合均匀；将工件与球磨好的渗剂一起置于渗箱中，对渗箱进行密封处理；将渗箱置于热处理中加热做元素扩散渗化学热处理。
2.如权利要求1所述的一种粉末包埋渗涂层的制备方法，其特征在于，所述的工件材质主要为碳钢、合金钢和耐热钢；材料主要成分以质量百分比计，Ni：0～45％，Cr：0～35％，C：0～0.5％，Si：0～1％，Mn：0～1.5％，P：0～0.04％，S：0～0.03％，Fe余量。
3.如权利要求1所述的一种粉末包埋渗涂层的制备方法，其特征在于，所述的渗剂成分以质量百分比计为：金属粉10～50％，活化剂：2～4％；稀土：2～5％，硅粉：1％～3％；石墨粉0.1～0.5％；氧化铝：余量。
4.如权利要求3所述的一种粉末包埋渗涂层的制备方法，其特征在于，金属粉为铝、铬、铁铝合金中的一种或多种。
5.如权利要求3所述的一种粉末包埋渗涂层的制备方法，其特征在于，活化剂为氯化铵、氟化钠中的一种或两种。
6.如权利要求3所述的一种粉末包埋渗涂层的制备方法，其特征在于，稀土为铈或镧。
7.如权利要求3所述的一种粉末包埋渗涂层的制备方法，其特征在于，所述的石墨粉为可膨胀石墨，高温受热后膨胀倍数为50～300，起始膨胀温度不高于400℃。
8.如权利要求1所述的一种粉末包埋渗涂层的制备方法，其特征在于，所述的渗剂球磨混合处理，是使用行星式球磨机对渗剂进行球磨，以刚玉球为球磨介质，将刚玉球和渗剂放入球磨罐中，以150～300r/min的转速球磨1～2h；球磨后的粉末经150、400目筛子筛分后备用；刚玉球：渗剂的质量比为1:1～3:1。
9.如权利要求1所述的一种粉末包埋渗涂层的制备方法，其特征在于，所述的对渗箱进行密封处理，是使用水玻璃与高岭土或膨润土配制的高温耐火泥涂抹于渗箱罐体与渗箱盖的连接处，防止空气进入。
10.如权利要求1所述的一种粉末包埋渗涂层的制备方法，其特征在于，所述的扩散渗化学热处理，温度为700～1150℃，热处理时间为4～10h，升温速率5～10℃/S，保温结束后后随炉冷却。
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