一種熱浸鍍Al-Cr-Mo合金滲層及其熱浸鍍方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)專利屬于熱浸鍍鋁技術(shù)領(lǐng)域，特指一種熱浸鍍Al-Cr-Mo合金滲層及其熱浸鍍方法。所述的熱浸鍍Al-Cr-Mo合金滲層，其特征在于：Cr的含量范圍在0.5-2wt%，Mo的含量控制在0.3wt%，其余為Al。本發(fā)明專利技術(shù)通過向合金中加入耐H2S腐蝕成分Cr和Mo，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Al快速向內(nèi)擴(kuò)散，使得Cr、Mo在滲層表面富集，提高熱浸鍍鋁合金的耐硫化腐蝕性能，延長(zhǎng)熱浸鍍鋁鋼在硫化環(huán)境中的使用壽命，使新型滲層應(yīng)用于一些對(duì)耐H2S腐蝕要求較高的零部件的熱浸鍍鋁工藝中。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種熱浸鍍Al-Cr-Mo合金滲層及其熱浸鍍方法
本專利技術(shù)專利屬于熱浸鍍鋁
，特指一種熱浸鍍Al-Cr-Mo合金滲層及其熱浸鍍方法。
技術(shù)介紹
鋼鐵表面的熱浸鍍鋁技術(shù)是本世紀(jì)初發(fā)展起來的一項(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。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，給人類生產(chǎn)生活帶來嚴(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，無法完全避免；據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年因?yàn)楦g問題而報(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，耐蝕性優(yōu)良且質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的熱浸鍍鋁鋼板開始普遍受到青睞。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。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。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于開發(fā)一種新型合金滲層，通過向合金中加入耐H2S腐蝕成分Cr和Mo，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Al快速向內(nèi)擴(kuò)散，使得Cr、Mo在滲層表面富集，提高熱浸鍍鋁合金的耐H2S腐蝕性能，延長(zhǎng)熱浸鍍鋁鋼在硫化環(huán)境中的使用壽命，使新型滲層應(yīng)用于一些對(duì)耐H2S腐蝕性要求較高的零部件的熱浸鍍鋁工藝中。熱浸鍍Al-Cr-Mo合金滲層，其特征在于：Cr的含量范圍在0.5-2wt%，Mo的含量控制在0.3wt%，其余為Al；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Cr含量的增多，Cr、Mo在滲層表面富集。所述的熱浸鍍Al-Cr-Mo合金滲層的熱浸鍍方法，包括Al-Cr-Mo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。所述Al-Cr-Mo合金熔煉的步驟，其特征在于：Cr元素利用Al-5wt%Cr合金加入，將中頻感應(yīng)熔煉爐溫設(shè)置在800°C，先熔煉Al-5wt%Cr合金，待熔化后再加入Al、Mo，全部金屬溶化后攪拌均勻，最后將溫度降低到熱浸鍍溫度。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(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。所述助鍍使用的助鍍劑的成分為：K2ZrF6：100g/L、KCl：100g/L、NaF：1g/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。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。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→封裝在真空度為0.001Pa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1-5h。本專利技術(shù)由于熱浸鍍鋁后，滲鋁層有表面純鋁層和合金層組成，由于表面純鋁層硬度低，使用過程中易損傷，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。本專利技術(shù)的原理來源于不同金屬元素的擴(kuò)散速率不同，通過向熔池中加入耐H2S腐蝕性元素Cr、Mo，在真空擴(kuò)散處理過程中，其擴(kuò)散速率遠(yuǎn)低于Al，使得Cr、Mo元素滲層表面富集；由于Cr、Mo元素在硫化環(huán)境比Fe、Al等金屬元素優(yōu)先硫化，從而在合金表面形成致密的含Cr、Mo的硫化物，使得含Cr、Mo元素的鋁合金滲層的抗硫化腐蝕能力大大提高。本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在與：向合金中加入少量的耐H2S腐蝕性金屬元素Cr、Mo，由于Cr、Mo具有較好的耐H2S腐蝕特性，通過真空擴(kuò)散處理，在滲層表面形成富集，可以大大提高滲層的耐H2S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。附圖說明表1為不同含Cr、Mo量合金的設(shè)計(jì)名義成分。圖1為添加不同Cr、Mo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和層片狀析出物；通過與掃描電子顯微鏡配套的能譜儀分析，外層為純鋁層，針狀析出物為鐵鋁化合物，層片狀析出物為鐵鋁鉻多元化合物，其含有一定量的鉬，內(nèi)層為Fe2Al5相；通過比較可以發(fā)現(xiàn)，隨著熔池中Cr含量的增加，鍍層中的層片狀析出物明顯增多。（1）合金一；（2）合金二；（3）合金三；（4）合金四。圖2為不同Cr、Mo含量的合金鍍層經(jīng)過真空擴(kuò)散處理后的合金滲層橫截面掃描電子顯微鏡BSE照片；結(jié)合能譜分析結(jié)果可知，滲層由表及里分別為Fe2Al5層、FeAl2層、FeAl層及-Fe層，隨著合金成分中添加Cr含量的增多，滲層表面富集的Cr、Mo元素增多，并與Fe、Al形成多元化合物。（1）合金一；（2）合金二；（3）合金三；（4）合金四。圖3為不同Cr、Mo含量的合金掃描電子顯微鏡BSE照片；根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，配得所需成分的Al-Cr-Mo合金進(jìn)行熔煉，所得的金相組織如圖；從圖3（1）中可以發(fā)現(xiàn)純Al的顯微組織主要是深色的-Al相組織；圖3（2）中加入了0.5%的Cr后，合金組織中開始出現(xiàn)枝晶狀和顆粒狀的Al-Cr二元共晶組織；隨著Cr含量的進(jìn)一步增加，如圖3（3），合金中的枝晶狀二元共晶組織基本消失，顆粒狀的共晶組織也逐漸減少，少量的層片狀的Al-Cr共晶組織開始出現(xiàn)；在圖3（4）中，當(dāng)Cr含量達(dá)到了2%時(shí)，合金中幾乎全為-Al和層片狀的Al-Cr二元共晶組織。（1）合金一；（2）合金二；（3）合金三；（4）合金四。圖4為華中科技大學(xué)電化學(xué)工作站配套使用的correst電化學(xué)測(cè)試軟件界面；圖5為不同Cr、Mo含量合金滲層電化學(xué)腐蝕速率；根據(jù)使用華中科技大學(xué)電化學(xué)腐蝕工作站測(cè)得的腐蝕數(shù)據(jù)分析可知，發(fā)現(xiàn)Cr、Mo元素的加入能夠提高熱浸鍍鋁合金滲層的耐腐蝕能力，當(dāng)Cr含量達(dá)到2wt%時(shí)，相比于不含Cr、Mo的純鋁滲層，電化學(xué)腐蝕性能提高了2倍以上。具體實(shí)施方式本專利技術(shù)的鋼材熱浸鍍鋁合金由鋁Al、鉻Cr和鉬Mo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Cr為0-2wt%，Mo為0-0.3wt%，其余為Al。表1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8mm8mm3mm的規(guī)格。第一步：將Al-Cr-Mo合金按照Al-(0.5-2wt%)Cr-0.3wt%Mo配比配置，加入中頻感應(yīng)熔煉爐，升溫至800°C熔煉，Cr元素使用Al-5wt%Cr中間合金的方式加入，首先熔煉Al-Cr合金，待融化后再加入Al錠及Mo金屬單質(zhì)；待到熔池內(nèi)合金充分熔融后攪拌均勻，再將實(shí)驗(yàn)爐的溫度降低到710°C-730°本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種熱浸鍍Al?Cr?Mo合金滲層，其特征在于：Cr的含量范圍在0.5?2wt%，Mo的含量控制在0.3wt%，其余為Al；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Cr含量的增多，Cr、Mo在滲層表面富集。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種熱浸鍍Al-Cr-Mo合金滲層，其特征在于：Cr的含量范圍在0.5-2wt％，Mo的含量控制在0.3wt％，其余為Al；滲層組織由表及里分別為Fe2Al5層、FeAl2層、FeAl層及α-Fe層，隨著合金成分中添加Cr含量的增多，Cr、Mo在滲層表面富集，并與Fe、Al形成多元化合物；提高熱浸鍍鋁合金的耐H2S腐蝕性能，延長(zhǎng)熱浸鍍鋁鋼在硫化環(huán)境中的使用壽命。2.如權(quán)利要求1所述的一種熱浸鍍Al-Cr-Mo合金滲層的熱浸鍍方法，包括Al-Cr-Mo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)散處理步驟，其特征在于：在合金Cr含量控制在0.5-2wt％和Mo含量為0.3wt％的Al-Cr-Mo熔池中熱浸鍍，利用不同金屬元素的擴(kuò)散速率不同，對(duì)熱浸鍍樣品進(jìn)行真空擴(kuò)散處理，即Cr、Mo在真空擴(kuò)散處理過程中，其擴(kuò)散速率遠(yuǎn)低于Al，使得Cr、Mo元素在滲層表面富集。3.如權(quán)利要求2所述的一種熱浸鍍Al-Cr-Mo合金滲層的熱浸鍍方法，其特征在于，所述Al-Cr-Mo合金熔煉的步驟為：Cr元素利用Al-5wt％Ni合金加入，將中頻感應(yīng)熔煉爐溫設(shè)置在800℃，先熔煉Al-5wt％Cr合金，待...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：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)(專利權(quán))人：常州大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32