熱浸鍍Al-Ni合金滲層及其熱浸鍍方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于熱浸鍍鋁【技術(shù)領(lǐng)域】，特指熱浸鍍Al-Ni合金滲層及其熱浸鍍方法。所述的熱浸鍍Al-Ni合金滲層，其特征在于：Ni的含量控制在1-5wt%，其余為Al。本發(fā)明通過(guò)向合金中加入耐蝕性成分Ni，并將熱浸鍍后的樣品進(jìn)行真空擴(kuò)散處理，在生產(chǎn)成本不會(huì)大幅增加的情況下，通過(guò)Al快速向內(nèi)擴(kuò)散，在合金滲層表面形成富Ni層，提升滲層表面抗腐蝕性，從而增加熱浸鍍鋁合金的耐腐蝕性能，延長(zhǎng)滲鋁鋼的使用壽命，使新型滲層應(yīng)用于一些對(duì)耐蝕性要求較高的零部件的熱浸鍍鋁工藝中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】熱浸鍍AI -N i合金滲層及其熱浸鍍方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專(zhuān)利屬于熱浸鍍鋁【技術(shù)領(lǐng)域】，特指熱浸鍍Al-Ni合金滲層及其熱浸鍍方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鋼鐵表面的熱浸鍍鋁技術(shù)是本世紀(jì)初發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)表面處理工藝，正逐步應(yīng)用 與石油、化工、電力、冶金、機(jī)械、能源和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，前景十分廣闊。
[0003] 由于鋼鐵制品長(zhǎng)期暴露在外部環(huán)境中，極易發(fā)生腐蝕，造成鋼鐵產(chǎn)品毀壞失效，給 人類(lèi)生產(chǎn)生活帶來(lái)嚴(yán)重影響，甚至危及到人民的生命；腐蝕是自然界中一種很普遍的現(xiàn)象， 無(wú)法完全避免；據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年因?yàn)楦g問(wèn)題而報(bào)廢的金屬產(chǎn)品大約相當(dāng)于全球金屬產(chǎn) 量的1/3,為了延長(zhǎng)壽命，減少經(jīng)濟(jì)損失，金屬的防護(hù)工作就顯得十分重要，耐蝕性?xún)?yōu)良且質(zhì) 優(yōu)價(jià)廉的熱浸鍍鋁鋼板開(kāi)始普遍受到青睞。
[0004] 熱浸鍍鋁滲層具有良好的耐蝕性、耐熱性和抗高溫氧化等特性，尤其是在苛刻腐 蝕條件下具有良好的耐蝕性能，且具有鋼的強(qiáng)度和鋁的外觀，在很多環(huán)境下可代替昂貴的 不銹鋼和耐熱鋼，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，減少機(jī)器的維修次數(shù)，提高設(shè)備及產(chǎn)品的使用壽 命。
[0005] 由于受到現(xiàn)有熱浸鍍?cè)O(shè)備、工藝技術(shù)及原基材的限制，我國(guó)在熱浸鍍鋁行業(yè)上的 水平還有待提高，更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保且性能良好的新型滲層產(chǎn)品是目前市場(chǎng)所需求的，熱浸鍍 鋁技術(shù)還有許多空間值得我們?nèi)ミM(jìn)行研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于開(kāi)發(fā)一種新型合金滲層，通過(guò)向合金中加入耐蝕性成分Ni，并 將熱浸鍍后的樣品進(jìn)行真空擴(kuò)散處理，在生產(chǎn)成本不會(huì)大幅增加的情況下，通過(guò)A1快速向 內(nèi)擴(kuò)散，在合金滲層表面形成富Ni層，提升滲層表面抗腐蝕性，從而增加熱浸鍍鋁合金的 耐腐蝕性能，延長(zhǎng)滲鋁鋼的使用壽命，使新型滲層應(yīng)用于一些對(duì)耐蝕性要求較高的零部件 的熱浸鍍鋁工藝中。
[0007] 熱浸鍍Al-Ni合金滲層，其特征在于：Ni的含量控制在l_5wt%，其余為A1 ;滲層組 織由表及里分別為Fe2Al5層、FeAl2層、FeAl層及(I-Fe層，隨著合金成分中添加 Ni含量的 增多，逐漸在合金滲層表面形成了致密的（Fe，Ni)Al連續(xù)固溶體組織層。
[0008] 所述的熱浸鍍Al-Ni合金滲層的熱浸鍍方法，包括Al-Ni合金熔煉的步驟、鋼材基 體預(yù)處理的步驟、鋼材熱浸鍍的步驟和熱浸鍍樣品的真空擴(kuò)散處理的步驟。
[0009] 所述的Al-Ni合金熔煉的步驟，其特征在于：Ni元素利用Al-10wt%Ni合金加入， 將中頻感應(yīng)熔煉爐設(shè)置在700° C，先熔煉Al-10wt%Ni合金，待熔化后再加入A1，全部金屬 溶化后攪拌均勻，最后將溫度升高到熱浸鍍溫度。
[0010] 所述的鋼材基體預(yù)處理步驟，其特征在于：鋼片預(yù)磨除銹；15wt%的Na(0H)2溶液 堿助鍍洗除油，（70° C-90° C，3-5min);清水沖洗；15wt%的鹽酸溶液酸洗3min除銹；清水 沖洗；助鍍；干燥。
[0011] 所述助鍍使用的助鍍劑的成分為：K2ZrF6 :100g/L、KCl :100g/L、NaF :lg/L，使用上 述成分所配置的水溶液對(duì)鋼材基體進(jìn)行助鍍處理；助鍍溫度：90° C，助鍍時(shí)間：2min。
[0012] 所述熱浸鍍使用的工藝參數(shù)，其特征在于：浸鍍溫度為710-730° C，浸鍍時(shí)間為 120-180s。
[0013] 所述熱浸鍍樣品的真空擴(kuò)散處理的步驟，其特征在于：樣品放入剛玉坩堝一 封裝在真空度為O.OOlPa的石英管中一放入管式電阻爐中進(jìn)行擴(kuò)散，擴(kuò)散工藝參數(shù)為： 800-900° C 保溫 l-5h。
[0014] 本發(fā)明由于熱浸鍍鋁后，滲鋁層由表面純鋁層和合金層組成，由于表面純鋁層硬 度低，使用過(guò)程中易損傷，而合金層相的脆性大，與基體的結(jié)合強(qiáng)度低，通過(guò)將熱浸鍍后的 樣品進(jìn)行真空擴(kuò)散處理，在生產(chǎn)成本不會(huì)大幅增加的情況下，增加滲層與基體的結(jié)合強(qiáng)度， 同時(shí)提高熱浸鍍鋁合金的耐腐蝕性能和滲層表面質(zhì)量，延長(zhǎng)滲鋁鋼的使用壽命。
[0015] 本發(fā)明的原理來(lái)源于不同金屬元素的擴(kuò)散速率不同，通過(guò)向熔池中加入耐蝕性元 素 Ni，其擴(kuò)散速率遠(yuǎn)低于A1 ;在真空擴(kuò)散處理過(guò)程中，Ni元素能夠富集在合金滲層的表面， 與Fe、Al形成連續(xù)致密的富Ni化合物層，使得滲層表面的耐腐蝕性能顯著提高。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在與：向合金中加入少量的耐蝕性金屬元素 Ni，由于Ni具有較好的 耐腐蝕特性，通過(guò)真空擴(kuò)散處理后，能夠在滲層表面形成致密的（Fe，Ni)Al連續(xù)固溶體組 織層，可以大大提高滲層的耐腐蝕性，能夠?yàn)橛脩羯a(chǎn)出滿足性能要求的高品質(zhì)新型鋁合 金滲層產(chǎn)品。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 表1為不同含Ni量合金的設(shè)計(jì)名義成分。
[0018] 圖1為添加不同Ni含量的合金鍍層橫截面掃描電子顯微鏡BSE照片；從圖1中可 以看出，整個(gè)鍍層分為內(nèi)外兩層：深灰色外層和淺灰色內(nèi)層，內(nèi)層呈舌狀嵌入基體，外層中 含有一定量的針狀析出物；通過(guò)與掃描電子顯微鏡配套的能譜儀分析，外層為純鋁層，針狀 析出物為鐵鋁鎳多元化合物，內(nèi)層為Fe 2AlJ@ ;通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)，隨著熔池中Ni含量的增 力口，鍍層中的針狀析出物明顯增多。
[0019] (1)合金一；（2)合金二；（3)合金三；（4)合金四。
[0020] 圖2為不同Ni含量的合金鍍層經(jīng)過(guò)真空擴(kuò)散處理后橫截面掃描電子顯微鏡BSE 照片；結(jié)合能譜儀分析結(jié)果可知，滲層組織由表及里分別為Fe2Al5層、FeAl2層、FeAl層及 |_Fe層，隨著合金成分中添加 Ni含量的增多，逐漸在合金滲層表面形成了致密的（Fe，Ni) A1連續(xù)固溶體組織層。
[0021] (1)合金一；（2)合金二；（3)合金三；（4)合金四。
[0022] 圖3為不同Ni含量合金滲層的高溫氧化增重曲線；高溫氧化實(shí)驗(yàn)在箱式電阻爐中 進(jìn)行，高溫氧化工藝參數(shù)為800° C，100h，高溫氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)束后使用分析天平進(jìn)行稱(chēng)量；根 據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)Ni能提高鋁合金滲層的耐高溫氧化腐蝕能力，當(dāng)加入的Ni含量達(dá)到5wt% 時(shí)，相比于不含Ni的合金滲層，抗高溫氧化腐蝕性能提高一倍以上。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 本發(fā)明的鋼材熱浸鍍鋁合金由鋁A1、鎳Ni組成，是一種高耐蝕性的熱浸鍍合金； 其中，按重量比計(jì)，含有的Ni為l_5wt%，其余為A1。
[0024] 為了符合和適應(yīng)一般工業(yè)生產(chǎn)中的要求，本實(shí)驗(yàn)使用一般結(jié)構(gòu)鋼45鋼作為金屬 基體材料，使用線切割機(jī)加工成8mm X 8mm )( 3mm的規(guī)格。
[0025] 第一步：將Al-Ni合金按照Al-(l-5wt%)Ni配比配置，加入中頻感應(yīng)熔煉爐，升溫 至700° C熔煉，Ni元素使用Al-10wt%Ni中間合金的方式加入，首先熔煉Al-Ni合金，待融 化后再加入A1錠；待到熔池內(nèi)合金充分熔融后攪拌均勻，再將實(shí)驗(yàn)爐的溫度升高到710° C -730° C〇
[0026] 第二步：在進(jìn)行熱浸鍍前，金屬基體要預(yù)先進(jìn)行預(yù)處理工藝：鋼片預(yù)磨除銹； 15wt%的Na(0H) 2溶液堿助鍍洗除油，（70° C-90° C，3-5min);清水沖洗；15wt%的鹽酸溶 液酸洗3min除銹；清水沖洗；助鍍，（90° C，2min);干燥；本實(shí)驗(yàn)中使用助鍍劑為反復(fù)實(shí)驗(yàn) 得出，成分為：K2ZrF6 :100g/L、KCl :100g/L、NaF :lg/L。
[0027] 第三步：在熱浸鍍之前，首先要保證熔池溫度穩(wěn)定，然后先將熔池表面的氧化膜扒 開(kāi)，露出清潔的熔池表面，再將鋼片垂直于液面放入熔池中；浸鍍120-180S后，將鋼片以勻 速?gòu)娜鄢刂腥〕?，然后放置于空氣中冷卻至室溫，在取出鋼片時(shí)也要保證熔池表面的清潔， 否則就會(huì)使得鍍層表面質(zhì)量下降。
[0028] 第四步：熱浸鍍樣品的真空擴(kuò)散處理過(guò)程：將樣品放入剛玉坩堝中，并封裝在 真空度為〇. 〇〇lPa的石英管中；隨后放入管式電阻爐中進(jìn)行擴(kuò)散處理，擴(kuò)散工藝參數(shù)： 800-900° C保溫l_5h ;取出后放置于空氣中冷卻至室溫。
[0029] 表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種熱浸鍍Al-Ni合金滲層，其特征在于：Ni的含量控制在l-5wt%， 其余為A1 ;滲層組織由表及里分別為Fe2Al5層、FeAl2層、FeAl層及 〇C -Fe層，隨著合金成分中添加 Ni含量的增多，逐漸在合金滲層表面形成了致密的 (Fe，Ni)Al連續(xù)固溶體組織層。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種熱浸鍍Al-Ni合金滲層的熱浸鍍方法，包括Al-Ni合金熔 煉的步驟、鋼材基體預(yù)處理的步驟、鋼材熱浸鍍的步驟和熱浸鍍樣品的真空擴(kuò)散處理的步 驟，其特征在于：在合金Ni含量控制在l-5wt%的Al-Ni熔池中熱浸鍍，然后對(duì)熱浸鍍樣品 進(jìn)行真空擴(kuò)散處理，形成了含表面富Ni層的Al-Ni合金滲層。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種熱浸鍍Al-Ni合金滲層的熱浸鍍方法，其特征在于，所述 Al-Ni合金熔煉的步驟為：Ni元素利用Al-10wt%Ni合金加入，將中頻感應(yīng)熔煉爐溫設(shè)置在 700° C，先熔煉Al-10wt%Ni合金，待熔化后再加入A1，全部金屬溶化后攪拌均勻最后將溫 度升高到熱浸鍍溫度。
4. 如權(quán)利要求2所述的一種熱浸鍍Al-Ni合金滲層的熱浸鍍方法，其特征在于，所 述的鋼材基體預(yù)處理步驟為：鋼片預(yù)磨除銹；15wt%的Na(OH) 2溶液堿助鍍洗除油，70° C -90° C，3-5min ;清水沖洗；15wt%的鹽酸溶液酸洗3min除銹；清水沖洗；助鍍；干燥。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種熱浸鍍Al-Ni合金滲層的熱浸鍍方法，其特征在于，所述助 鍍使用的助鍍劑的成分為：K2ZrF 6 :100g/L、KCl :100g/L、NaF :lg/L，使用上述成分所配置的 水溶液對(duì)鋼材基體進(jìn)行助鍍處理；助鍍溫度：90° C，助鍍時(shí)間：2min。
6. 如權(quán)利要求2所述的一種熱浸鍍Al-Ni合金滲層的熱浸鍍方法，其特征在于，所述熱 浸鍍使用的工藝參數(shù)為：浸鍍溫度為710-730° C，浸鍍時(shí)間為120-180S。
7. 如權(quán)利要求2所述的一種熱浸鍍Al-Ni合金滲層的熱浸鍍方法，其特征在于，熱浸鍍 樣品的真空擴(kuò)散處理的步驟為：將樣品放入剛玉坩堝中并封裝在真空度為0. OOlPa的石英 管中；放入管式電阻爐中進(jìn)行擴(kuò)散，擴(kuò)散工藝參數(shù)為：800-900° C保溫l-5h。
【文檔編號(hào)】C23C2/28GK104195489SQ201410368594
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】蘇旭平, 陳海瑞, 彭浩平, 王建華, 陳小春, 涂浩, 劉亞, 吳長(zhǎng)軍 申請(qǐng)人:常州大學(xué)