CN117825429A - 一种渗铝材料寿命评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种渗铝材料寿命评估方法，其包括提供配有能谱仪的扫描电子显微镜；利用扫描电子显微镜对渗铝材料的表面基于渗铝材料的微观形貌进行微观形貌分析，通过微观形貌有无渗铝层脱落来判断是否达到金相报废标准；利用能谱仪获取渗铝材料的截面锌分布情况以基于锌元素在渗铝层中扩散分布来判断其是否直接继续使用。根据本发明的渗铝材料寿命评估方法，微观形貌作为判废标准，锌元素分布扩散作为分级标准，从而对渗铝材料寿命进行评估，具体地，以微观形貌检测以及锌元素分布检测为依据，充分考虑到渗铝材料受锌蚀导致的微观组织变化与性能的关系以及实际生产中锌元素扩散分布与使用寿命的关系，得到了渗铝材料的有效寿命表征方法。
Description
技术领域
本发明涉及检测方法，更具体地涉及一种渗铝材料寿命评估方法。
背景技术
已知锌锅是镀锌生产线的关键设备，长时间在高温的苛刻环境中运行，基材表面通过热浸渗铝材料处理来提高抗腐蚀能力。对渗铝材料进行寿命评估对镀锌生产线的正常运行具有重要意义。
现有技术中给出的渗铝材料寿命评估方法，主要针对高温疲劳进行评价。例如CN115541840A公开了一种渗铝涂层寿命预测方法，主要针对高温条件下渗铝涂层的失效机制进行寿命预测。又例如CN116029086A公开了一种粉末包埋渗铝涂层的寿命控制方法，在制备涂层时，可以直接制备出涂层达到目标寿命需要的渗铝涂层初始厚度。
现有技术中主要是通过实际生产情况进行评价，判断过程中需要人为主观对生产情况进行区分，如发现材料表面发生变形来判定镀锌生产线设备的报废，因此有必要提出更为标准的渗铝材料寿命评价方法。
发明内容
为了解决上述现有技术中的缺乏标准的评价方法等问题，本发明提供一种渗铝材料寿命评估方法。
根据本发明的渗铝材料寿命评估方法，其包括如下步骤：S1，提供配有能谱仪的扫描电子显微镜；S2，利用扫描电子显微镜对渗铝材料的表面基于渗铝材料的微观形貌进行微观形貌分析，通过微观形貌有无渗铝层脱落来判断是否达到金相报废标准；S3，利用能谱仪获取渗铝材料的截面锌分布情况以基于锌元素在渗铝层中扩散分布来判断其是否直接继续使用。
优选地，在步骤S1中，如果微观形貌分析显示有渗铝层脱落，则判定达到金相报废标准，寿命耗尽，需要报废处理；如果微观形貌分析显示未有出现渗铝层脱落，则判定未达到金相报废标准，寿命未耗尽，继续使用。
优选地，对渗铝材料的表面的某处进行切割、打磨及抛光，然后进行扫描电子显微镜检测，进行微观形貌检测，获得渗铝层的微观形貌特征，从而得到m组微观形貌图片信息P(1)…P(m)。
优选地，m为5。
优选地，在步骤S2中，观察渗铝层截面微观形貌及锌元素分布情况，如果全部渗铝层及基材均有锌入侵，则判定寿命耗尽，无法继续使用；如果全部渗铝层有锌入侵，且在渗铝层靠近基材处形成富锌带，则判定修复后使用；如果全部渗铝层有锌入侵，且基材无锌入侵，则判定寿命未耗尽，继续使用；如果锌入侵至部分渗铝层或无锌元素入侵，则判定寿命未耗尽，继续使用。
优选地，富锌带的厚度为100μm。
优选地，富锌带中锌元素数明显高于渗铝层其他位置。
优选地，对渗铝材料的表面的某处进行切割、打磨及抛光，然后进行能谱仪检测，对渗铝材料的截面进行微观分析，获得渗铝层的截面锌元素分布情况，从而得到n组锌元素分布图片信息Q(1)…Q(n)。
优选地，n为5。
优选地，基材为钢铁。
根据本发明的渗铝材料寿命评估方法，微观形貌作为判废标准，锌元素分布扩散作为分级标准，从而对渗铝材料寿命进行评估，具体地，以微观形貌检测以及锌元素分布检测为依据，充分考虑到渗铝材料受锌蚀导致的微观组织变化与性能的关系以及实际生产中锌元素扩散分布与使用寿命的关系，得到了渗铝材料的有效寿命表征方法。根据本发明的渗铝材料寿命评估方法，检测及评价技术难度低，效率较高，且成本较低，便于实施。根据本发明的渗铝材料寿命评估方法，可以实现对渗铝材料进行安全管理，避免镀锌生产线工艺受阻，因此可以大大减少生产损失，保证经济效益。
附图说明
图1是根据本发明的基于微观形貌及锌元素分布分级的渗铝材料寿命评估方法的典型微观形貌图片。
图2是实施例1的微观形貌图片。
图3是实施例2的微观形貌图片。
图4是实施例2的EDS面扫锌元素分布图片。
图5是实施例3的微观形貌图片。
图6是实施例3的EDS线扫锌元素分布图片。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
根据本发明的渗铝材料寿命评估方法首先包括提供配有能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)。
根据本发明的渗铝材料寿命评估方法接下来包括利用SEM对渗铝材料的表面基于渗铝材料的微观形貌进行微观形貌分析，通过微观形貌有无渗铝层脱落来判断是否达到金相报废标准。具体地，如果微观形貌分析显示有渗铝层脱落，则判定达到金相报废标准，寿命耗尽，需要报废处理；如果微观形貌分析显示未有出现渗铝层脱落，则判定未达到金相报废标准，寿命未耗尽，继续使用。优选地，对渗铝材料的表面的某处进行切割、打磨及抛光，然后进行SEM检测，进行微观形貌检测，获得渗铝层的微观形貌特征，从而得到n组微观形貌图片信息P(1)…P(m)，典型微观形貌信息如图1所示，从而通过多组图片综合分析渗铝层脱落情况。优选地，m为5。应该理解，n组微观形貌图片信息P(1)…P(m)中的部分图片信息P(i)可能显示未出现损伤特征。这里的n的取值仅作为示例，明确样本数量。
发明人发现影响渗铝材料寿命的主要原因是锌蚀，Fe与Zn反应形成Fe-Zn相附着在表面引起大量锌渣富集。根据本发明的渗铝材料寿命评估方法接下来包括利用EDS获取渗铝材料的截面锌分布情况以基于锌元素在渗铝层中扩散分布来判断其是否直接继续使用。具体地，观察渗铝层截面微观形貌及锌元素分布情况，如果全部渗铝层及基材均有锌入侵，则判定寿命耗尽，无法继续使用；如果全部渗铝层有锌入侵，且在渗铝层靠近基材处形成一条厚度约100μm的富锌带(该富锌带中锌元素数明显高于渗铝层其他位置)，则判定修复后使用；如果全部渗铝层有锌入侵，且基材无锌入侵，则判定寿命未耗尽，继续使用；如果锌入侵至部分渗铝层或无锌元素入侵，则判定寿命未耗尽，继续使用。优选地，对渗铝材料的表面的某处进行切割、打磨及抛光，然后进行EDS检测，对渗铝材料的截面进行微观分析，获得渗铝层的截面锌元素分布情况，从而得到n组锌元素分布图片信息Q(1)…Q(n)，从而通过多组图片综合分析锌元素入侵情况。优选地，n为5。应该理解，n组锌元素分布图片信息Q(1)…Q(n)中的部分图片信息Q(i)可能显示未出现入侵特征。这里的n的取值仅作为示例，明确样本数量。
如此，根据本发明的渗铝材料寿命评估方法结合微观形貌报废标准和锌元素扩散分布对渗铝材料寿命进行渗铝材料寿命评估，以材料渗铝层截面微观形貌检测以及渗铝层锌元素扩散分布检测为依据，充分考虑到渗铝材料因锌腐蚀导致的微观组织变化及元素分布与性能的关系，得到了在渗铝材料寿命的有效寿命表征方法。具体地，如果微观形貌分析达到金相报废标准，则直接判定寿命耗尽，不建议继续使用；如果微观形貌分析未达到金相报废标准且全部渗铝层及基材均有锌入侵，则判定寿命耗尽，无法继续使用；如果全部渗铝层有锌入侵且在渗铝层靠近基材处形成一条厚度约100μm的富锌带，则判定修复后使用；否则继续使用。
实施例1
所评估的试样为304L不锈钢基材，热浸镀铝后经马弗炉800℃扩散4h。对所评价试样进行检测，进行打磨、抛光，并进行SEM检测。检测获得该位置5组(即选择5处位置以确保能观察到材料渗铝层的微观特征)放大100倍的微观形貌图片信息P(1)…P(5)，典型微观形貌图片信息P(i)如图2所示。对P(1)…P(5)进行分析，观察电镜图发现该试样有明显渗铝层脱落，判断该渗铝材料寿命耗尽，需要报废处理。实际该材料表面粘附有大量锌渣，已无法继续使用，说明了本发明的正确性和可靠性。
实施例2
所评估的试样为20钢基材，热浸镀铝后经马弗炉800℃扩散2h。对所评价试样进行检测，进行打磨、抛光，并进行SEM检测。检测获得该位置5组(即选择5处位置以确保能观察到材料渗铝层的微观特征)放大100倍的微观形貌图片信息P(1)…P(5)，典型微观形貌图片信息P(i)如图3所示。对P(1)…P(5)进行分析，观察电镜图发现该试样渗铝层结构完好，判断该渗铝试样寿命未耗尽，可继续使用。
对所评价试样进行EDS检测，结果如图4所示，图中方框位置锌元素有富集现象，在靠近基材处，形成约100μm的富锌带，该富锌带后续会导致渗铝层脱落，因此判定该渗铝材料需修复后使用。实际该材料表面已粘附有少量锌渣，需修复才能继续使用，说明了本发明的正确性和可靠性。
实施例3
所评估的试样为20钢基材，热浸镀铝后经马弗炉750℃扩散6h。对所评价试样进行检测，进行打磨、抛光，并进行SEM检测。检测获得该位置5组(即选择5处位置以确保能观察到材料渗铝层的微观特征)放大100倍的微观形貌图片信息P(1)…P(5)，典型微观形貌图片信息P(i)如图5所示。对P(1)…P(5)进行分析，观察电镜图发现该试样渗铝层结构完好，判断该渗铝试样寿命未耗尽，可继续使用。
对所评价试样进行EDS检测，结果如图6所示，由图可知，锌元素入侵至渗铝层100μm左右，扩散较均匀，没有成带的富集现象，因此判定该渗铝材料可继续使用。实际上，该表面无锌粘附，表面锌层与材料有约80μm的裂纹，宏观上锌层可剥落，实际使用中会被流动的熔融锌带走，因此材料可继续使用，说明了本发明的正确性和可靠性。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
Claims (10)
1.一种渗铝材料寿命评估方法，其特征在于，该渗铝材料寿命评估方法包括如下步骤：
S1，提供配有能谱仪的扫描电子显微镜；
S2，利用扫描电子显微镜对渗铝材料的表面基于渗铝材料的微观形貌进行微观形貌分析，通过微观形貌有无渗铝层脱落来判断是否达到金相报废标准；
S3，利用能谱仪获取渗铝材料的截面锌分布情况以基于锌元素在渗铝层中扩散分布来判断其是否直接继续使用。
2.根据权利要求1所述的渗铝材料寿命评估方法，其特征在于，在步骤S1中，如果微观形貌分析显示有渗铝层脱落，则判定达到金相报废标准，寿命耗尽，需要报废处理；如果微观形貌分析显示未有出现渗铝层脱落，则判定未达到金相报废标准，寿命未耗尽，继续使用。
3.根据权利要求2所述的渗铝材料寿命评估方法，其特征在于，对渗铝材料的表面的某处进行切割、打磨及抛光，然后进行扫描电子显微镜检测，进行微观形貌检测，获得渗铝层的微观形貌特征，从而得到m组微观形貌图片信息P(1)…P(m)。
4.根据权利要求3所述的渗铝材料寿命评估方法，其特征在于，m为5。
5.根据权利要求1所述的渗铝材料寿命评估方法，其特征在于，在步骤S2中，观察渗铝层截面微观形貌及锌元素分布情况，如果全部渗铝层及基材均有锌入侵，则判定寿命耗尽，无法继续使用；如果全部渗铝层有锌入侵，且在渗铝层靠近基材处形成富锌带，则判定修复后使用；如果全部渗铝层有锌入侵，且基材无锌入侵，则判定寿命未耗尽，继续使用；如果锌入侵至部分渗铝层或无锌元素入侵，则判定寿命未耗尽，继续使用。
6.根据权利要求5所述的渗铝材料寿命评估方法，其特征在于，富锌带的厚度为100μm。
7.根据权利要求5所述的渗铝材料寿命评估方法，其特征在于，富锌带中锌元素数明显高于渗铝层其他位置。
8.根据权利要求5所述的渗铝材料寿命评估方法，其特征在于，对渗铝材料的表面的某处进行切割、打磨及抛光，然后进行能谱仪检测，对渗铝材料的截面进行微观分析，获得渗铝层的截面锌元素分布情况，从而得到n组锌元素分布图片信息Q(1)…Q(n)。
9.根据权利要求8所述的渗铝材料寿命评估方法，其特征在于，n为5。
10.根据权利要求5所述的渗铝材料寿命评估方法，其特征在于，基材为钢铁。
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