[发明专利]一种在钢铁表面制备合金涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属表面化学热处理的方法，具体地说涉及一种在钢铁表面制备合金涂层的方法。

背景技术

铌属VB族难熔金属，具有高的熔点和高温强度。耐蚀性好，密度与钢相似，具有较好的延展性，能承受一定量的机械变形。金属铌不仅有良好的力学性能，而且物理化学性质稳定，它是制备涂层的优良金属。铝的活性很高，容易与氧结合在基体表面形成致密的氧化铝陶瓷层，阻挡氧的扩散，它是重要的涂层材料。硅化物涂层具有良好的热稳定性，使用温度可达1600℃，其表面形成的SiO₂能有效阻止氧向基体内部扩散，而且SiO₂玻璃在高温下有流动性，使涂层具有自愈能力，并能承受-定的变形。在涂层添加稀土元素后，能改善渗层表面氧化膜的密合性和塑性，比较各种金属或涂层的特点，在钢铁上渗铌、硅、铝、稀土是钢铁材料表面强化处理方法之一，可使钢铁表面获得理想的综合性能。

《金属热处理》2001年第26卷第9期：膏剂法渗铌工艺的试验研究-辽宁工学院材料与化学工程系刘秉余等。探讨了膏剂法在GCr15钢渗铌的可行性。渗剂涂层：15％铌粉，硼砂(Na2B4O7·10H2O)，催渗剂为10％冰晶石(Na3AlF6)，用醇酸清漆将渗剂调成料浆涂覆在试样表面上，厚度达到1mm左右。保护层：30％Fe粉、70％Al₂O₃，以硅溶胶为粘结剂包覆到渗剂涂层外。烘干后装罐入炉。罐内的填料为氧化铝、型砂(主要成分为二氧化硅)、碳化硅等。缓慢升温至500℃保温3h。将罐密封后，升温至1000℃保温4h。渗层厚度16-18μm，耐磨性比基体提高了3.5倍，是渗硼的1.7倍。该工艺可实现铌、硅共渗，但不涉及铝、稀土的共渗。由于渗剂采用纯铌粉，价格昂贵、成本高。

《粉末冶金技术》2001年第19卷第2期料浆法制备铌合金和钼合金高温抗氧化涂层-贾中华。把金属(合金)的料浆均匀涂复于钼电极、铌合金表面，在惰性气体或真空中使料浆熔化，通过液体-固体扩散形成涂层。以提高温抗氧化性能和抗热震性能。涂层材料为硅化物(Si-Cr-Ti、Si-Cr-Fe)300目合金粉，按配方配制合金粉料，加入适量的清漆和乙酸乙酯制成料浆，用喷漆枪将料浆喷涂在试样和工件上，烘干后放入真空炉中进行1350-1500℃高温烧结，形成银灰色的涂层，厚度为90-140μm。该工艺可实现Si-Cr-Ti共渗，但不涉及铌、铝、稀土的共渗。

正在申请中的专利200910066270.1要求保护一种在钢铁表面渗制铝钼稀土涂层的方法，该方法中共渗剂由MoO₃ 2.5％～15％；Al 17％～35％；FeAl 54％～66％；氧化稀土0.5％～8％；NH₄C1 0.5％～1.5％组成(百分比均为重量百分比，以共渗剂总重量计)。封闭剂由Al 17％～35％；FeAl 56％～77％；氧化稀土2％～8％；NH₄Cl0.6％～2％组成。各组分均为粉末状，粒度均在80目以上。所得涂层共渗层厚度为0.1％～0.5mm，共渗层表面铝含量为23％～35重量％，钼含量为2％～8重量％，稀土含量：0.3％～0.8％(主要为La、Nd元素)。该发明不涉及铌和硅的共渗，且热处理方式也有所不同。

中国专利87101326“具有保护料浆和中频感应加热的渗铝方法和设备”在普通渗剂料浆涂层的外部再涂以独特的保护料浆，然后进入中频感应炉进行渗铝，其特征是，所述保护料浆的组成为(重量％)：粘结剂10％～30％，填料40％～70％，稀释剂20％～40％，粘结剂为水解硅酸乙酯，或聚合物型粘接剂、纸张废液，稀释剂是水或醇类，填料是各种矿物岩粉、玻璃粉、唐瓷粉、氧化铝或粘土。该方法中的保护料浆存在易龟裂、剥落等问题，经常出现渗层漏渗现象，所以一直没有得到很好的实际应用和发展。该技术也不涉及铌、硅、铝和稀土共渗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以在钢铁表面制备铌、硅、铝、稀土共渗合金涂层的方法，该方法可大幅度地提高炉管和构件的质量及使用寿命，降低工件成本。

本发明提供的在钢铁表面制备合金涂层的方法包括下述顺序的步骤：

(1)将共渗剂、粘结剂和水按适当比例混合，制成料浆，将料浆涂敷于钢铁工件表面，按预定的烘干工艺烘干，形成具有一定厚度的料浆涂层；

(2)将上述烘干的具有料浆涂层的工件放入渗箱内，再用渗箱盖密封；