CN106893972B - 一种感应加热中性盐浴在低碳钢表面渗铝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种感应加热中性盐浴在低碳钢表面渗铝的方法。包括以下步骤：首先将一定配比的基盐混合均匀后放入铸铁坩埚中通过感应加热熔化基盐至650‑850℃，再将一定配比的混合均匀的粉末渗剂与经表面去氧化皮的低碳钢试样置于铸铁坩埚中在650‑850℃条件下保温1‑8小时。采用本发明渗剂及感应加热中性盐浴在低碳钢表面渗铝的方法，能够在低碳钢表面形成一层致密的渗铝层，制备的渗铝层质量好，工艺简单，操作方便，成本低廉，能够方便控制渗铝层厚度，便于工业化生产。

Description

一种感应加热中性盐浴在低碳钢表面渗铝的方法
技术领域
本发明涉及一种感应加热中性盐浴在低碳钢表面渗铝的方法，属涂层制备领域。
背景技术
相关研究表明，钢中含一定量的铝(>8％)，能在钢表面形成一层连续、致密的Al2O3膜，显著提高钢的抗氧化、耐腐蚀能力。但如此高的铝含量，在钢中通常形成脆性的FeAl(Fe3Al、FeAl、FeAl3等)金属间化合物，使钢难以进行塑性加工和焊接，并显著降低钢承受冲击载荷、振动载荷的能力。因此，采用表面渗铝，既可提高钢件表面的铝含量，能显著提高钢铁在强腐蚀介质和氧化介质中的耐蚀性、耐热性以及材料的整体耐磨性，又可保持心部良好的塑性和韧性，是钢铁防护的有效措施。在钢材表面形成铝层的方法很多，目前有固体粉末渗铝、热浸渗铝、料浆渗铝、气体渗铝、喷镀渗铝等，其中，粉末包埋渗铝具有设备简单、成本低廉等优点，是目前工业应用很广泛的一种工艺，尤其对于形状复杂或者要求在回火温度以下渗铝以保证零件力学性能的零件，只能采用粉末包埋的渗铝方法。国家发明专利(专利号：CN 1425796A)公开了一种适用于中、高温的粉末包埋渗铝剂及渗铝方法，该方法要求在900-1100℃的高温条件下进行渗铝，引起基体组织的改变，显著降低基体力学性能。国家发明专利(专利号：CN 103266298A)公开了一种不锈钢低温粉末包埋铁铝共渗渗剂以及包埋渗工艺方法，渗铝温度为380-600℃，保温时间≥10小时，该方法能够得到一定厚度的Fe-Al化合物合金层，但渗铝时间高达10小时以上，生产效率极低，因此，亟需一种简便、经济、有效地渗铝方法，满足耐磨、耐蚀涂层的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种感应加热中性盐浴在低碳钢表面制备渗铝层的方法，解决现有粉末包埋渗铝技术中高温渗铝耗能、基体组织恶化、氧化严重及低温渗铝生产效率低下等不足。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种感应加热中性盐浴在低碳钢表面渗铝的方法，包括以下步骤：
第一步、对低碳钢试样进行表面活性处理；
第二步、将一定配比的基盐放入铸铁坩埚中进行感应加热，基盐熔化后分别将混合均匀的渗剂和经表面活性处理的低碳钢试样置于熔盐中保温，然后取出试样并进行表面清洗。
第一步中，低碳钢试样表面活性处理是通过打磨去氧化皮，再分别用200#、400#、600#、800#金相砂纸逐级打磨至表面光亮后采用W0.5的金刚石抛光膏进行抛光，然后采用无水乙醇进行超声波清洗5-10分钟。
第二步中，基盐为质量百分比为BaCl2:KCl:NaCl＝4:2:1的混合盐；渗剂以基盐和渗剂总质量百分含量计，包括5-10％Al粉、10-20％Al2O3粉，余量为基盐，其中，Al粉、Al2O3粉的粒径为5-20μm。
第二步中，升温过程的升温速率为10℃/秒，保温温度为650-850℃，保温时间为1-8小时。
与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
(1)中性盐浴条件下，能够防止基体及渗剂的氧化。
(2)采用本发明基盐，结合感应加热，可以有效阻止渗剂分层。
(3)采用感应加热，能够在钢质工件表面产生感应涡流，使钢质工件表面在短时间内奥氏体化，并完成晶粒的细化，有助于铝原子扩散。
(4)采用感应加热，在钢件表面产生集肤效应，靠近基体表面的电流密度大于内部电流密度，可有效控制渗层深度。
附图说明
图1是本发明实施例2的一种低碳钢经表面渗铝后的截面图(a)及铝元素分布(b)。
具体实施方式
实施例1
第一步、渗剂和基盐的准备：按质量百分比含量为5％的Al粉、10％的Al2O3粉、余量为基盐(85％)事先准备好，基盐中，按质量比计BaCl2:KCl:NaCl＝4:2:1混合均匀，其中，Al粉、Al2O3粉的粒径为5μm；
第二步、低碳钢表面活性处理：首先打磨去氧化皮，再用200#、400#、600#、800#金相砂纸逐级打磨至表面光亮后采用W0.5的金刚石抛光膏进行抛光，然后采用无水乙醇进行超声波清洗5分钟。
第三步、中性盐浴感应加热渗铝：将第一步中一定配比的基盐放入铸铁坩埚中进行感应加热，基盐熔化后分别将混合均匀的渗剂(Al粉、Al2O3粉)和经表面活性处理的低碳钢试样置于熔盐中保温，保温温度为650℃，保温时间为1小时，然后取出试样并进行表面清洗。
实施例2
第一步、渗剂和基盐的准备：按质量百分比含量为8％的Al粉、15％的Al2O3粉、余量为基盐(77％)事先准备好，其中，Al粉、Al2O3粉的粒径为12.5μm；
第二步、低碳钢表面活性处理：首先打磨去氧化皮，再用200#、400#、600#、800#金相砂纸逐级打磨至表面光亮后采用W0.5的金刚石抛光膏进行抛光，然后采用无水乙醇进行超声波清洗7.5分钟。
第三步、中性盐浴感应加热渗铝：将第一步中一定配比的基盐放入铸铁坩埚中进行感应加热，基盐熔化后分别将混合均匀的渗剂(Al粉、Al2O3粉)和经表面活性处理的低碳钢试样置于熔盐中保温，保温温度为750℃，保温时间为6小时，然后取出试样并进行表面清洗。
实施例3
第一步、渗剂和基盐的准备：按质量百分比含量为5％的Al粉、10％的Al2O3粉、余量为基盐(85％-)事先准备好，其中，Al粉、Al2O3粉的粒径为5μm；
第二步、低碳钢表面活性处理：首先打磨去氧化皮，再用200#、400#、600#、800#金相砂纸逐级打磨至表面光亮后采用W0.5的金刚石抛光膏进行抛光，然后采用无水乙醇进行超声波清洗。
第三步、中性盐浴感应加热渗铝：将第一步中一定配比的基盐放入铸铁坩埚中进行感应加热，基盐熔化后分别将混合均匀的渗剂(Al粉、Al2O3粉)和经表面活性处理的低碳钢试样置于熔盐中保温，保温温度为650℃，保温时间为1小时，然后取出试样并进行表面清洗。
实施例4
第一步、渗剂和基盐的准备：按质量百分比含量为7.5％的Al粉、15％的Al2O3粉、余量为基盐(77.5％)事先准备好，其中，Al粉、Al2O3粉的粒径为12.5μm；
第二步、低碳钢表面活性处理：首先打磨去氧化皮，再用200#、400#、600#、800#金相砂纸逐级打磨至表面光亮后采用W0.5的金刚石抛光膏进行抛光，然后采用无水乙醇进行超声波清洗7.5分钟。
第三步、中性盐浴感应加热渗铝：将第一步中一定配比的基盐放入铸铁坩埚中进行感应加热，基盐熔化后分别将混合均匀的渗剂(Al粉、Al2O3粉)和经表面活性处理的低碳钢试样置于熔盐中保温，保温温度为750℃，保温时间为4.5小时，然后取出试样并进行表面清洗。
实施例5
第一步、渗剂和基盐的准备：按质量百分比含量为10％的Al粉、20％的Al2O3粉、余量为基盐(70％)事先准备好，其中，Al粉、Al2O3粉的粒径为20μm；
第二步、低碳钢表面活性处理：首先打磨去氧化皮，再用200#、400#、600#、800#金相砂纸逐级打磨至表面光亮后采用W0.5的金刚石抛光膏进行抛光，然后采用无水乙醇进行超声波清洗10分钟。
第三步、中性盐浴感应加热渗铝：将第一步中一定配比的基盐放入铸铁坩埚中进行感应加热，基盐熔化后分别将混合均匀的渗剂(Al粉、Al2O3粉)和经表面活性处理的低碳钢试样置于熔盐中保温，保温温度为850℃，保温时间为8小时，然后取出试样并进行表面清洗。

Claims (3)

1.一种感应加热中性盐浴在低碳钢表面渗铝的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、对低碳钢试样进行表面活性处理；
第二步、将一定配比的基盐放入铸铁坩埚中进行感应加热，基盐熔化后分别将混合均匀的渗剂和经表面活性处理的低碳钢试样置于熔盐中保温，然后取出试样并进行表面清洗，其中，基盐为质量百分比为BaCl2:KCl:NaCl = 4:2:1的混合盐；渗剂以基盐和渗剂总质量百分含量计，包括5-10%Al粉、10-20%Al2O3粉，余量为基盐，其中，Al粉、Al2O3粉的粒径为5-20 μm。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步中，低碳钢试样表面活性处理是通过打磨去氧化皮，再分别用200#、400#、600#、800#金相砂纸逐级打磨至表面光亮后采用W0.5的金刚石抛光膏进行抛光，然后采用无水乙醇进行超声波清洗5-10分钟。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二步中，升温过程的升温速率为10℃/秒，保温温度为650-850℃，保温时间为1-8小时。
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