專利名稱：鋼表面固體粉末硅－鋁－鈦三元共滲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬表面處理方法，尤其涉及一種金屬表面化學(xué)熱處理的鋼表面固體粉末硅—鋁—鈦三元共滲方法。
背景技術(shù)：
對(duì)鋼表面處理已有成熟工藝，例如滲鋁鋼，滲鈦鋼及部分不銹鋼，這些經(jīng)過表面處理的鋼其各項(xiàng)性能都可大大提高，但對(duì)于在某些要求較高或較嚴(yán)格的領(lǐng)域，則僅靠滲鋁鋼，滲鈦鋼及部分不銹鋼還不能滿足要求；另具一些文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，鋼表面經(jīng)硅—鋁—鈦三元共滲熱處理后，鋼的表面形成鈦鋁硅合金擴(kuò)散層，具有良好的耐熱、耐蝕、耐磨性，在檸檬酸、環(huán)烷酸等有機(jī)溶液中及高溫硫、硝酸、鹽溶液里具有良好的耐腐蝕性，明顯優(yōu)于滲鋁鋼，滲鈦鋼及部分不銹鋼，尤其在30％的氫氧化鈉溶液中，其耐蝕性超過不銹鋼近六倍，在海水中也具有很好的耐鹽腐蝕性，因此，硅—鋁—鈦三元共滲鋼在電力、石油、化工、造船等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。目前制備硅—鋁—鈦三元共滲鋼方法采用三步法或二步法兩種，即鋼表面首先進(jìn)行滲鈦處理，然后再進(jìn)行滲鋁、滲硅表面處理，二步法為在進(jìn)行滲鈦處理后，同時(shí)進(jìn)行硅鋁二元共滲處理，此類處理工藝存在以下問題1、在鋼表面需要硅-鋁-鈦三元共滲層時(shí)，采用二步法或三步法制作過程復(fù)雜，成本極高，所以鋼表面的硅-鋁-鈦三元共滲鋼很難在市場(chǎng)上應(yīng)用推廣。
2、由于采用分步法，鋼件經(jīng)多次表面清潔及熱處理，使鋼件表面及內(nèi)部組織發(fā)生很大變化，這樣就會(huì)影響了鋼件自身的基本性能。
3、由于采用分步法多次熱處理，使加工鋼件變形，甚至造成無法校正的變形。
4、分步法采用的滲鈦技術(shù)，對(duì)工藝采用的熱處理設(shè)備要求嚴(yán)格，一般都需要惰性氣體保護(hù)。
5、分步法工藝操作過程中都有腐蝕性氣體排出，直接損傷加熱設(shè)備及危害人的健康，同時(shí)造成大氣污染，破壞環(huán)境。
為克服上述硅-鋁-鈦三元共滲鋼分步法的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種滲劑配方合理、使用設(shè)備簡(jiǎn)單、環(huán)保、又能保證產(chǎn)品質(zhì)量，滲劑又能重復(fù)使用的鋼表面固體粉末硅—鋁—鈦三元共滲方法及設(shè)備。
本發(fā)明的技術(shù)方案是以下述方式實(shí)現(xiàn)的一種鋼表面固體粉末硅—鋁—鈦三元共滲方法，它是將工件置于硅—鋁—鈦三元共滲劑中、加熱、冷卻進(jìn)行硅—鋁—鈦三元共滲處理，其中加熱溫度為880～1050℃，時(shí)間為5～13小時(shí)，然后自然冷卻；硅—鋁—鈦三元共滲劑各成份的重量百分含量為(總量為100)鋁粉2～6％鈦鐵礦粉0～5％氯化氨 0.1～2％四氟化硅3～6％基料余量基料為硅—鋁—鈦—鐵四元合金粉、活性耐火材料粉，兩者之間重量百分比為硅—鋁—鈦—鐵四元合金粉∶活性耐火材料粉＝30～65∶70～35。
所述的四元合金粉各組份重量百分含量為(總量為100)硅粉5～15％鋁粉5～15％鈦粉5～10％鐵粉余量所述的活性耐火材料粉是采用耐火鋁礦石、經(jīng)1300℃～1550℃的高溫?zé)?、常溫球磨后的粉末，粉末中含二氧化硅、三氧化二鋯；二氧化硅、三氧化二鋯所占重量百含量為二氧化? 10％三氧化二鋯 ≤40％所述的四氟化硅細(xì)度為Φ0.152～0.066mm，鈦鐵礦粉Φ0.152～0.066mm，鋁粉Φ0.152～0.066，硅鋁鈦鐵合金粉Φ0.152～0.066mm，活性耐火材料粉Ф0.152～0.066mm。
本發(fā)明鋼表面固體粉末硅—鋁—鈦三元共滲方法專用共滲箱，主要包括有箱蓋、箱體，其箱蓋具有上下兩層蓋板，兩層蓋板之間構(gòu)成緩沖倉(cāng)，箱蓋上蓋板有導(dǎo)氣孔，箱蓋下蓋板有導(dǎo)氣孔，箱體內(nèi)設(shè)隔板，隔板下連導(dǎo)氣管，隔板上放有用于吸收凈化有害氣體的氧化鈣、碳素粉的混合物。
本發(fā)明的發(fā)點(diǎn)在于該方法所采用的硅—鋁—鈦三元共滲劑，特別是基料的配比組份為硅鋁鈦鐵四元合金粉與活性耐火材料粉混合物。物料中加入硅鋁鈦鐵四元合金粉，使得滲劑在工藝加熱過程中，有效避免了硅鋁鈦有效元素的損失，達(dá)到滲劑能夠重復(fù)使用，同時(shí)解決了滲劑在工藝熱處理過程中的結(jié)塊現(xiàn)象，保證了滲層的連續(xù)性；物料中加入活性耐火材料粉，使?jié)B劑比重大大減小，滲劑各個(gè)組分更加容易混合均勻，進(jìn)一步保證了滲層質(zhì)量。
滲劑中加入四氟化硅，不但提供了活性硅原子，而且還是很好的催滲劑和潔污劑；滲劑中加入氯化銨起催滲劑作用，使硅—鋁—鈦三元共滲時(shí)間縮短，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)在工藝反應(yīng)之中生成的氫氣、氮?dú)庥行У乇Ｗo(hù)了共滲劑的氧化。
本發(fā)明的積極效果是1、經(jīng)過本發(fā)明處理后的鋼表面耐高溫、耐腐蝕，在碳鋼表面進(jìn)行硅-鋁-鈦共滲后，經(jīng)工業(yè)實(shí)際應(yīng)用，在240℃----500℃，硫含量在0.5％以上或酸值在0.5mgKOH/g的介質(zhì)中，其耐腐蝕性至少比相同條件下普通18-8型不銹鋼高三倍以上。
2、抗?jié)B氫性強(qiáng)，在鉻鉬鋼上進(jìn)行硅-鋁-鈦共滲后，其抗高溫氧化和耐腐蝕性可替代不銹鋼。在不銹鋼和其它高合金鋼上進(jìn)行硅-鋁-鈦共滲后其使用壽命會(huì)成倍提高。硅-鋁-鈦共滲材料不僅有優(yōu)異的抗高溫氧化性和耐高溫硫腐蝕的能力，而且還有很好的抗?jié)B碳性和抗?jié)B氫性，研究表明經(jīng)處理后的材料的抗?jié)B氫性比非處理材料高3個(gè)數(shù)量級(jí)。
3、具有操作方便、安全、環(huán)保低成本的特點(diǎn)。同時(shí)新工藝還具有通過對(duì)滲劑中添加劑成分的調(diào)節(jié)，不但可以一次完成硅-鋁-鈦三元共滲鋼的處理，還能直接進(jìn)行鋼表面的滲鋁及鋼表面的硅鋁共滲鋼的處理，達(dá)到了不但重復(fù)使用滲劑且具有多功能滲層處理的特點(diǎn)。
本發(fā)明的工藝操作過程首先將所加工鋼件放入硅鋁鈦三元共滲箱內(nèi)，裝入滲劑，封蓋，然后將裝好的滲箱放置加熱爐內(nèi)，加熱溫度為880-1050℃，時(shí)間為5～13小時(shí)，然后自然冷卻。


附圖為硅鋁鈦三元共滲箱的結(jié)構(gòu)示意圖。
由圖1可以看出，本共滲箱的結(jié)構(gòu)主要包括有箱蓋1、箱體4，其特征在于箱蓋1具有上下兩層蓋板，兩層蓋板之間構(gòu)成緩沖倉(cāng)5，箱蓋上蓋板有導(dǎo)氣孔6，箱蓋下蓋板有導(dǎo)氣孔(7、8)，箱體內(nèi)設(shè)隔板3，隔板下連導(dǎo)氣管(9、10)，隔板3上放有用于吸收凈化有害氣體的氧化鈣、碳素粉的混合物2。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明實(shí)施例一1、選工件為Ф25×1000×2.5毫米無縫鋼管，材質(zhì)為20#鋼。
2、四元合金粉的配制、硅、鋁、鈦、鐵各組份重量百分含量為硅粉 5％鋁粉 10％鈦粉 6％鐵粉 余量3、硅—鋁—鈦三元共滲劑各成份的重量百分比為6％鋁粉3％鈦鐵礦粉2％四氟化硅0.5％氯化銨40％硅鋁鈦鐵合金粉49.5％活性耐火材料粉4、將上述共滲劑加入共滲箱內(nèi)，將工件埋入共滲劑中，加熱溫度900℃，時(shí)間6小時(shí)即可。
共滲表面處理后的工件表面各項(xiàng)指標(biāo)為
滲層厚度0.12mm滲層表面顯微硬度3900MPa滲層表面鋁含量 18％(重量百分比)滲層表面硅含量 1.5％(重量百分比)滲層表面鈦含量 0.5％(重量百分比)滲件表面美觀，呈銀灰色，滲層連續(xù)致密。
實(shí)施例二1、選工件為Φ50×1000×3毫米無縫鋼管，材質(zhì)為10#鋼。
2、四元合金粉的配制硅、鋁、鈦、鐵各組份重量百分含量為硅粉15％鋁粉5％鈦粉10％鐵粉余量3、硅—鋁—鈦三元共滲劑各成份的重量百分比為2％鋁粉6％鈦鐵礦粉3％四氟化硅1％氯化銨53％硅鋁鈦鐵合金粉35％活性耐火材料粉4、將上述共滲劑加入共滲箱內(nèi)，將工件埋入共滲劑中，加熱溫度1050℃，時(shí)間10小時(shí)即可。
共滲表面處理后的工件表面各項(xiàng)指標(biāo)為滲層厚度 0.20mm滲層表面顯微硬度 4500MPa滲層表面鋁含量15％(重量百分比)滲層表面硅含量3％(重量百分比)滲層表面鈦含量5％(重量百分比)
滲件表面美觀，呈銀灰色，滲層連續(xù)致密。
實(shí)施例三1、選工件為50×50×3毫米板材，材質(zhì)為10#鋼。
2、四元合金粉的配制硅、鋁、鈦、鐵各組份重量百分含量為硅粉 10％鋁粉 8％鈦粉 7％鐵粉 余量3、硅—鋁—鈦三元共滲劑各成份的重量百分比為2％鋁粉6％鈦鐵礦粉3％四氟化硅1％氯化銨53％硅鋁鈦鐵合金粉35％活性耐火材料粉，4、將上述共滲劑加入共滲箱內(nèi)，將工件埋入共滲劑中，加熱溫度980℃，時(shí)間10小時(shí)即可。
共滲表面處理后的工件表面各項(xiàng)指標(biāo)為滲層厚度0.20mm滲層表面顯微硬度3500MPa滲層表面鋁含量 22％(重量百分比)滲層表面硅含量 1％(重量百分比)滲層表面鈦含量 2.3％(重量百分比)滲件表面美觀，呈銀灰色，滲層連續(xù)致密。
權(quán)利要求
1.一種鋼表面固體粉末硅—鋁—鈦三元共滲方法，它是將工件置于硅—鋁—鈦三元共滲劑中，加熱、冷卻進(jìn)行硅—鋁—鈦三元共滲處理，其特征在于加熱溫度為880～1050℃，時(shí)間為5～13小時(shí)，然后自然冷卻；硅—鋁—鈦三元共滲劑各成份的重量百分含量(總量為100)鋁粉2～6％鈦鐵礦粉0～5％氯化氨 0.1～2％四氟化硅3～6％基料余量基料為硅—鋁—鈦—鐵四元合金粉、活性耐火材料粉，兩者之間重量百分比為硅—鋁—鈦—鐵四元合金粉∶活性耐火材料粉＝30～65∶70～35(重量百分比)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼表面固體粉末硅—鋁—鈦三元共滲方法，其特征在于四元合金粉各組份重量百分含量為(總量為100)硅粉5～15％鋁粉5～15％鈦粉5～10％鐵粉余量
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼表面固體粉末硅—鋁—鈦三元共滲方法，其特征在于活性耐火材料粉是采用鋁礦石、經(jīng)1300℃～1550℃的高溫?zé)?、常溫球磨后的粉末，粉末中含二氧化硅、三氧化二鋯；二氧化硅、三氧化二鋯重量百含量為二氧化? ≤10％三氧化二鋯≤40％
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋼表面固體粉末硅—鋁—鈦三元共滲方法，其特征在于四氟化硅細(xì)度為Φ0.152～0.066mm，鈦鐵礦粉Φ0.152～0.066mm，鋁粉Φ0.152～0.066，硅鋁鈦鐵合金粉Φ0.152～0.066mm，活性耐火材料粉Φ0.152～0.066mm。
5.一種鋼表面固體粉末硅—鋁—鈦三元共滲方法專用共滲箱，主要包括有箱蓋(1)、箱體(4)，其特征在于箱蓋(1)具有上下兩層蓋板，兩層蓋板之間構(gòu)成緩沖倉(cāng)(5)，箱蓋上蓋板有導(dǎo)氣孔(6)，箱蓋下蓋板有導(dǎo)氣孔(7、8)，箱體內(nèi)設(shè)隔板(3)，隔板下連導(dǎo)氣管(9)(10)，隔板(3)上放有用于吸收凈化有害氣體的氧化鈣、碳素粉的混合物(2)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋼表面固體粉末硅—鋁—鈦三元共滲方法，它是將工件置于硅—鋁—鈦三元共滲劑中，加熱、冷卻進(jìn)行硅—鋁—鈦三元共滲處理，其中加熱溫度為880～1050℃，時(shí)間為5～13小時(shí)，然后自然冷卻；硅—鋁—鈦三元共滲劑各成分的重量百分比為(總量為100)鋁粉2～6％、鈦鐵礦粉0～5％、氯化氨0.1～2％、四氟化硅3～6％、基料余量基料為硅—鋁—鈦—鐵四元合金粉、活性耐火材料粉，兩者之間重量百分比為硅—鋁—鈦—鐵四元合金粉∶活性耐火材料粉＝30～65∶70～35。經(jīng)過本發(fā)明處理后的鋼表面耐高溫、耐腐蝕，在240℃－500℃，硫含量在0.5％以上或酸值在0.5mgKOH/g的介質(zhì)中，其耐腐蝕性至少比相同條件下普通18－8型不銹鋼高三倍以上?？?jié)B氫性強(qiáng)，經(jīng)處理后的材料抗?jié)B氫性提高3個(gè)數(shù)量級(jí)。操作方便、安全、環(huán)保。
文檔編號(hào)C23C10/00GK1570195SQ20041001022
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者趙廣亮 申請(qǐng)人:趙廣亮