專利名稱：鋼表面固體粉末硅－鋁－鈦三元共滲方法
技術領域：
本發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熱處理的鋼表面固體粉末硅—鋁—鈦三元共滲方法。
背景技術：
對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，這些經過表面處理的鋼其各項性能都可大大提高，但對于在某些要求較高或較嚴格的領域，則僅靠滲鋁鋼，滲鈦鋼及部分不銹鋼還不能滿足要求；另具一些文獻報導，鋼表面經硅—鋁—鈦三元共滲熱處理后，鋼的表面形成鈦鋁硅合金擴散層，具有良好的耐熱、耐蝕、耐磨性，在檸檬酸、環烷酸等有機溶液中及高溫硫、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、造船等行業具有廣泛的應用。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，即鋼表面首先進行滲鈦處理，然后再進行滲鋁、滲硅表面處理，二步法為在進行滲鈦處理后，同時進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，采用二步法或三步法制作過程復雜，成本極高，所以鋼表面的硅-鋁-鈦三元共滲鋼很難在市場上應用推廣。
2、由于采用分步法，鋼件經多次表面清潔及熱處理，使鋼件表面及內部組織發生很大變化，這樣就會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，對工藝采用的熱處理設備要求嚴格，一般都需要惰性氣體保護。
5、分步法工藝操作過程中都有腐蝕性氣體排出，直接損傷加熱設備及危害人的健康，同時造成大氣污染，破壞環境。
為克服上述硅-鋁-鈦三元共滲鋼分步法的缺陷，本發明的目的是提供一種滲劑配方合理、使用設備簡單、環保、又能保證產品質量，滲劑又能重復使用的鋼表面固體粉末硅—鋁—鈦三元共滲方法及設備。
本發明的技術方案是以下述方式實現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、冷卻進行硅—鋁—鈦三元共滲處理，其中加熱溫度為880～1050℃，時間為5～13小時，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1300℃～1550℃的高溫燒制、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硅 10％三氧化二鋯 ≤40％所述的四氟化硅細度為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，兩層蓋板之間構成緩沖倉，箱蓋上蓋板有導氣孔，箱蓋下蓋板有導氣孔，箱體內設隔板，隔板下連導氣管，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。
本發明的發點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，達到滲劑能夠重復使用，同時解決了滲劑在工藝熱處理過程中的結塊現象，保證了滲層的連續性；物料中加入活性耐火材料粉，使滲劑比重大大減小，滲劑各個組分更加容易混合均勻，進一步保證了滲層質量。
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—鈦三元共滲時間縮短，提高生產效率，同時在工藝反應之中生成的氫氣、氮氣有效地保護了共滲劑的氧化。
本發明的積極效果是1、經過本發明處理后的鋼表面耐高溫、耐腐蝕，在碳鋼表面進行硅-鋁-鈦共滲后，經工業實際應用，在240℃----500℃，硫含量在0.5％以上或酸值在0.5mgKOH/g的介質中，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、抗滲氫性強，在鉻鉬鋼上進行硅-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行硅-鋁-鈦共滲后其使用壽命會成倍提高。硅-鋁-鈦共滲材料不僅有優異的抗高溫氧化性和耐高溫硫腐蝕的能力，而且還有很好的抗滲碳性和抗滲氫性，研究表明經處理后的材料的抗滲氫性比非處理材料高3個數量級。
3、具有操作方便、安全、環保低成本的特點。同時新工藝還具有通過對滲劑中添加劑成分的調節，不但可以一次完成硅-鋁-鈦三元共滲鋼的處理，還能直接進行鋼表面的滲鋁及鋼表面的硅鋁共滲鋼的處理，達到了不但重復使用滲劑且具有多功能滲層處理的特點。
本發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，裝入滲劑，封蓋，然后將裝好的滲箱放置加熱爐內，加熱溫度為880-1050℃，時間為5～13小時，然后自然冷卻。
附圖為硅鋁鈦三元共滲箱的結構示意圖。
由圖1可以看出，本共滲箱的結構主要包括有箱蓋1、箱體4，其特征在于箱蓋1具有上下兩層蓋板，兩層蓋板之間構成緩沖倉5，箱蓋上蓋板有導氣孔6，箱蓋下蓋板有導氣孔(7、8)，箱體內設隔板3，隔板下連導氣管(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。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明實施例一1、選工件為Ф25×1000×2.5毫米無縫鋼管，材質為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，將工件埋入共滲劑中，加熱溫度900℃，時間6小時即可。
共滲表面處理后的工件表面各項指標為
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，滲層連續致密。
實施例二1、選工件為Φ50×1000×3毫米無縫鋼管，材質為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，將工件埋入共滲劑中，加熱溫度1050℃，時間10小時即可。
共滲表面處理后的工件表面各項指標為滲層厚度 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，滲層連續致密。
實施例三1、選工件為50×50×3毫米板材，材質為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，將工件埋入共滲劑中，加熱溫度980℃，時間10小時即可。
共滲表面處理后的工件表面各項指標為滲層厚度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，滲層連續致密。
權利要求
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、冷卻進行硅—鋁—鈦三元共滲處理，其特征在于加熱溫度為880～1050℃，時間為5～13小時，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.根據權利要求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.根據權利要求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1300℃～1550℃的高溫燒制、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硅 ≤10％三氧化二鋯≤40％
4.根據權利要求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，兩層蓋板之間構成緩沖倉(5)，箱蓋上蓋板有導氣孔(6)，箱蓋下蓋板有導氣孔(7、8)，箱體內設隔板(3)，隔板下連導氣管(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、冷卻進行硅—鋁—鈦三元共滲處理，其中加熱溫度為880～1050℃，時間為5～13小時，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。經過本發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。抗滲氫性強，經處理后的材料抗滲氫性提高3個數量級。操作方便、安全、環保。
文檔編號C23C10/00GK1570195SQ20041001022
公開日2005年1月26日 申請日期2004年4月23日 優先權日2004年4月23日
發明者趙廣亮 申請人:趙廣亮