CN102154617A - 一种冷轧低碳钢表面渗硅合金化的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冷轧低碳钢表面渗硅合金化的工艺方法，该方法是通过真空镀膜仪中，将高纯硅（≥99.9%）蒸镀到冷轧低碳钢表面，利用氢气氛下高温环境均匀的渗入低碳钢表面，使得表面硅含量达到1%~2.8%，从而达到通过简单的工艺提高低碳钢表面硬度和耐腐蚀性能的目的。经过测试，处理后的试样在硬度和耐蚀方面均有大幅度提高。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁表面渗硅合金化工艺方法，属一种新型的低碳钢表面合金化技术领域。
背景技术
随着科技社会的发展，许多新物质、新材料在生产、生活中得到了发现与应用，但是金属——作为一种不可或缺的资源，在现代制造业和结构设计中仍然是无法取代的，有着极其重要的地位。材料的综合特性，包括强度、可加工性、可用性、成本以及重复利用性，就金属而言，要使其全部满意地达到上述各项性能指标，已经越来越困难，局限性颇多。就其防腐蚀和涂饰方面，油漆涂料就担负着重要的角色。而金属预处理的目的，不外乎防止腐蚀、改善油漆附着力、改善润滑状况、以及改变电特性等。为了达到上述目的，需要改进金属表面的特性。在金属表面处理中，其预处理是最为关键的一步，涉及到相当广泛的技术领域。
当前金属材料保护的主要方法有:封闭保护,如上漆、磷化，通过在金属表面形成一层保护膜起到隔绝空气的目的；阴极阳极保护，如电镀铬或锌，通过在金属表面镀一层更容易被氧化或更不容易被氧化的金属，使之减缓对基体金属的氧化速度。金属腐蚀一般发生在金属表面，因此，通过对低成本的常规低碳钢进行表面合金化处理，使其表面状态达到甚至高于特殊钢的性能，是一种简单易行的处理工艺。并且这种方法也将大大降低成本。因此，表面合金化是研究钢铁防护处理技术关注的热点。
目前，金属表面合金化按实现手段可分类如下：1，改变金属表面的合金成分。主要有热扩渗、渗镀等；2，金属表面覆盖技术。主要有精密表面冶金(离子冶金)，涂层表面冶金，薄膜表面冶金等；3，改善金属表面的金相组织，使表层组织强化，包括感应加热淬火、电子束、激光等高能量密度的表面处理。目前国内外有很多这方面的研究。例如，中国专利01201956.9介绍了一种即激光表面合金化铁道钢轨的方法。该方法是通过激光束熔化钢轨表面基材与添加的合金化材料形成激光合金层。结果表明，激光合金化铁道钢轨耐磨性和韧性均优。中国专利00121473.X介绍了一种表面合金化织布钢综及其生产方法，以织布钢综表面合金层为支撑面，提高了钢综的使用寿命。中国专利200610107395.0提出了一种中锰钢表面合金化处理方法，通过控制中锰钢成分含量和熔炼工艺从而提高中锰钢初始耐磨性的目的。中国专利00119495.X介绍了一种低碳钢表面合金化工艺，通过在低碳钢表面闪镀方法预制一层或复层耐腐蚀金属镍，钴，铬，然后在合金化炉进行合金化处理。从而实现对大件金属进行批量处理和连续化工业生产。中国专利97194171.8介绍了表面合金化的高温合金，提供了一种具有富含硅和镍扩散防护层。中国专利01810058.9介绍了表面合金化的高温合金，提供了一种合金化部件，包含基础合金和富集硅和铬的扩散阻挡层，在表面合金化的部件最外表面产生补充的氧化铬或氧化铝保护性氧化皮。中国专利96217077介绍了高硬度耐强沸酸腐蚀渗硅钢管，其渗硅钢管高硬度，抗强沸酸腐蚀、抗磨损、高温抗氧化等综合性能比1Cr18Ni9Ti钢、钛合金高几倍至几十倍。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷轧低碳钢表面表面渗硅合金化的工艺方法。
方法的特征在于具有以下的过程和步骤：
a.首先将普通冷轧低碳钢表面打磨光滑，并在100-150℃，保持5-20小时进行时效处理，稳定钢板的组织和尺寸。
b.将球磨好的纳米级硅铁粉涂覆到低碳钢表面，覆盖层厚度为10μm~100μm。
c.将覆盖Si纳米层的钢板置于氢气气氛炉内，在氢气气氛下升温速率控制在10-20℃/min升温至400-1000℃，保温时间为2-6h，随炉冷却，最终得到渗硅合金化层。
本发明的优点是工艺简单易行。通过在钢板表面单质Si纳米层，降低热渗温度，在氢气分下，高活性硅原子利用还原时候高温环境均匀的渗入冷轧低碳钢表面；同时可以控制纳米层厚度来达到控制表面硅含量的目的，极大的提高冷轧低碳钢表面硬度及其耐腐蚀性能。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述如下：
实施例一
1.首先将普通低碳钢表面打磨光滑，并在150℃，保持8小时进行时效处理，稳定钢板的组织和尺寸。
2. 将球磨好的纳米级硅铁粉涂覆到低碳钢表面，覆盖层厚度为32μm。
3. 将覆盖纳米层的钢板置于氢气气氛炉内。在氢气气氛下升温速率控制在15℃/min升温至400℃，保温时间为4h，随炉冷却。
然后将处理后的钢板进行维氏硬度测试并通过塔菲尔试验测其腐蚀性能。
实施例二
1.首先将普通低碳钢表面打磨光滑，并在150℃，保持8小时进行时效处理，稳定钢板的组织和尺寸。
2. 将球磨好的纳米级硅铁粉涂覆到低碳钢表面，覆盖层厚度为56μm。
3. 将覆盖纳米层的钢板置于氢气气氛炉内。在氢气气氛下升温速率控制在15℃/min升温至700℃，保温时间为4h，随炉冷却。
然后将处理后的钢板进行维氏硬度测试并通过塔菲尔试验测其腐蚀性能。
实施例三：
1.首先将普通低碳钢表面打磨光滑，并在150℃，保持8小时进行时效处理，稳定钢板的组织和尺寸。
2. 将球磨好的纳米级硅铁粉涂覆到低碳钢表面，覆盖层厚度为94μm。
3. 将覆盖纳米层的钢板置于氢气气氛炉内。在氢气气氛下升温速率控制在15℃/min升温至1000℃，保温时间为4h，随炉冷却。
然后将处理后的钢板进行维氏硬度测试并通过塔菲尔试验测其腐蚀性能。
实施例四：
1.首先将普通低碳钢表面打磨光滑，并在150℃，保持8小时进行时效处理，稳定钢板的组织和尺寸。
2. 将球磨好的纳米级硅铁粉涂覆到低碳钢表面，覆盖层厚度为22μm。
3. 将覆盖纳米层的钢板置于氢气气氛炉内。在氢气气氛下升温速率控制在15℃/min升温至700℃，保温时间为4h，随炉冷却。
然后将处理后的钢板进行维氏硬度测试并通过塔菲尔试验测其腐蚀性能。
实施例五：
1.首先将普通低碳钢表面打磨光滑，并在150℃，保持8小时进行时效处理，稳定钢板的组织和尺寸。
2. 将球磨好的纳米级硅铁粉涂覆到低碳钢表面，覆盖层厚度为58μm。
3. 将覆盖纳米层的钢板置于氢气气氛炉内。在氢气气氛下升温速率控制在15℃/min升温至700℃，保温时间为2h，随炉冷却。
然后将处理后的钢板进行维氏硬度测试并通过塔菲尔试验测其腐蚀性能。
实施例六：
1.首先将普通低碳钢表面打磨光滑，并在150℃，保持8小时进行时效处理，稳定钢板的组织和尺寸。
2. 将球磨好的纳米级硅铁粉涂覆到低碳钢表面，覆盖层厚度为53μm。。
3. 将覆盖纳米层的钢板置于氢气气氛炉内。在氢气气氛下升温速率控制在15℃/min升温至700℃，保温时间为6h，随炉冷却。
然后将处理后的钢板进行维氏硬度测试并通过塔菲尔试验测其腐蚀性能。实施例所的样品的韦氏硬度以及塔菲尔测试的比较见下表1。
表1 测得实施例所有样品的维氏硬度，以及塔菲尔测试比较
由上表1可知，通过高纯硅(>99.9%)真空蒸镀到低碳钢表面，经过热处理后的冷轧低碳钢的耐蚀性与硬度都大大提高。
Claims (1)
1.一种冷轧低碳钢表面渗硅合金化的工艺方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
a.首先将普通冷轧低碳钢表面打磨光滑，并在100-150℃，保持5-20小时进行时效处理，稳定钢板的组织和尺寸；
b.将试样放入真空镀膜仪中，将高纯硅（≥99.9%）单质镀到试样上，镀层厚度为10μm~100μm；
c.将覆盖Si纳米层的钢板置于氢气气氛炉内；在氢气气氛下升温速率控制在10-20℃/min升温至400-1000℃，保温时间为2-6h，随炉冷却,最终得到渗硅合金化层。
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