CN1526849A - 一种在钢铁基体表面生成含钼合金涂层的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是要解决传统铝热法在钢铁基体表面获得含钼合金涂层的工艺中，需用惰性气体保护或在真空条件下进行共渗，导致生产成本增高的缺点。本发明包括渗剂涂覆和固体还原性保护剂包埋共渗两个步骤，固体还原性保护剂基本重量组成为9～30％Al、39～89.5％FeAl、1～30％Al₂O₃和0.5～1％NH₄Cl，将固体还原性保护剂和涂覆渗剂后的构件装入渗箱内，封好箱盖，入炉加热，在温度为900～1100℃下共渗4～8小时，出炉后自然降温。本发明可使生产工艺简单，生产成本降低。

Description

一种在钢铁基体表面生成含钼合金涂层的工艺

技术领域

本发明属于金属表面化学热处理方法，涉及一种在钢铁基体表面生成合金涂层的工艺。

背景技术

碳钢表面铝钼共渗合金涂层具有良好的化学稳定性和较高的显微硬度，可提高工件的耐腐蚀、耐磨性能和抗氧化能力。共渗方法包括粉末包埋、等离子表面合金化、膏剂、液体法等。其中固体粉末共渗法因设备简单，质量较稳定，得到较快发展。

铝热法是一种传统粉末包埋法，该法的原理是铝粉与氧化物反应置换出活性金属原子，达到渗金属的目的。渗剂重量组成一般为20～50％Al、10～40％金属氧化物、35～39％稀释剂和1～5％催渗剂。扩散温度为900～1150℃，渗制过程要采用防氧化工艺提供保护气氛，目前采用的工艺为惰性气体保护或在真空条件下进行。

CN 1044132A中，采用粉末包埋法对铜和铜合金进行多元金属共渗(含钼、铬、钨等)，提高了表面硬度，有较好的抗高温、抗磨损、耐孔蚀性能，但其涂料型渗透剂中使用的是纯金属粉末，价格昂贵；另外，处理过程中需通入惰性气体或氢气，或者在真空条件下进行，增加了提供保护气氛、防止氧化的设备。

在DE2929551 A 19810219中，采用粉末法实现了钛、铬、钼、硼的多元共渗，所得涂层具有较好的耐蚀性能，可用于含碳酸、氯化镁、硫酸钡、硫酸钠等化学品的介质中，但其所用粉末为纯钛粉、铬粉、钼粉，成本较高，难以推广。

JP60005927 A 19850112中，采用粉末法在金属构件表面渗镀金属元素，可实现含铝、锌、铬、硅、钛、锆、钼、镍等元素的多元共渗或渗钼，用的是金属混合粉末或者合金粉末，价格较贵，涂层厚度仅有3-50μm，对在恶劣环境下工作的金属构件难以起到足够的保护作用。

CN 1305023A中，多元共渗含钼、镍、铬、铌、钨、钯、钽和锆等，采用等离子表面合金化技术对钛合金进行表面处理，取得较好效果。但该技术用于钢铁材料时加热温度都远高于钢铁材料的回火温度，因此，为提高钢铁材料的整体强度，渗金属后还必须进行后续热处理。该技术虽然具有可节约贵重合金元素、节约能源、无污染等优点，但处理过程需在真空条件下进行，需通入惰性气体，所用设备和工艺复杂，且涂层较薄，成本较高，不宜实现大规模工业化应用。

发明内容

本发明是要解决传统铝热法中，需用惰性气体保护，或在真空条件下进行共渗，从而导致处理设备增加、操作复杂，使生产成本增高的缺点。本发明通过对传统铝热法中防氧化工艺的改进，使生产工艺简单，生产成本降低。

本发明的一种在钢铁基体表面获得含钼合金涂层的工艺，包括如下步骤：

1)渗剂涂覆：将基本重量组成为5～40％MoO₃、20～40％Al、16～74％FeAl和1～4％NH₄Cl的渗剂干剂，加粘结剂和水，制成涂料型渗剂，将涂料型渗剂涂覆在工件表面，烘干后置入渗箱内；

2)固体还原性保护剂包埋共渗：将基本重量组成为9～30％Al、39～89.5％FeAl、1～30％Al₂O₃、0.5～1％NH₄Cl的固体还原性保护剂装入渗箱内包埋工件，封好箱盖，入炉加热，在温度为900～1100℃下共渗4～8小时，出炉后自然降温。

本发明进一步的技术特征在于重复使用固体还原性保护剂，每次重复使用前补充占固体还原性保护剂总重量1～8％Al和0.5～3％NH₄Cl。

本发明所述钢铁基体是指：低碳钢、低合金钢和不锈钢。

本发明步骤1)涂料型渗剂的组成和制备为传统铝热法中常用的，其中粘结剂一般用硅酸乙酯或聚乙烯醇。本发明可根据合金涂层对合金成分的需要来调整涂料型渗剂中的各组分的配比，这是现有技术中常用的方法。

本发明可实现渗钼或铝钼共渗，所得涂层厚度、钼含量和涂层连续性等指标比传统铝热法有较大改善。

使用本发明可节省提供保护气氛的设备或抽真空设备。可以扩大加工构件的范围，有利于实现大规模工业化生产。

本发明涂料型渗剂和固体还原性保护剂主要由氧化钼、铝粉、铝铁粉、氧化铝、氯化铵等成分构成。这些原料来源广泛，采购方便，成本低，性能优良，固体还原性保护剂还可重复使用。因此本发明的生产成本比传统铝热法有很大降低。

生产实验证明，使用本发明可获得较满意的涂层，低碳钢渗钼涂层钼含量为25～49重量％；铝钼共渗涂层含铝15～35重量％，含钼20～3重量％。涂层厚度为0.1～0.4mm，涂层具有优良的耐腐蚀性能。可根据需要调整配方，既可渗钼又可实现铝钼共渗。

实施例

工件为Φ25×2.5×6000无缝钢管，材质为20#碳钢。

涂料型渗剂重量配比：

12％MoO₃

30％Al

55％FeAl

3％NH₄Cl

涂料型渗剂用粘合剂搅拌均匀，涂敷在钢管内外表面，干燥后待用。

固体还原性保护剂重量配比：

30％Al

64％FeAl

5％Al₂O₃

1％NH₄Cl

将涂敷涂料型渗剂的管件放入渗箱中，用固体还原性保护剂包埋。

热处理 温度：1000℃

保温时间：6小时

产品质量：

渗层厚度：0.16mm

渗层表面钼含量：3.97重量％，铝含量：31.24重量％。

表面状况：渗层光洁、致密、连续、呈灰色。

Claims (2)

1、一种在钢铁基体表面生成含钼合金涂层的工艺，其特征在于包括如下工艺步骤：

1)渗剂涂覆：将基本重量组成为5～40％MoO₃、20～40％Al、16～74％FeAl和1～4％NH₄Cl的渗剂干剂，加粘结剂和水，制成涂料型渗剂，将涂料型渗剂涂覆在工件表面，烘干后置入渗箱内；

2)固体还原性保护剂包埋共渗：将基本重量组成为9～30％Al、39～89.5％FeAl、1～30％Al₂O₃、0.5～1％NH₄Cl的固体还原性保护剂装入渗箱内包埋工件，封好箱盖，入炉加热，在温度为900～1100℃下共渗4～8小时，出炉后自然降温。

2、如权利要求1所述工艺，其特征在于：重复使用固体还原性保护剂，每次重复使用前补充占固体还原性保护剂总重量1～8％Al和0.5～3％NH₄Cl。