[发明专利]金属表面渗钛工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面处理工艺，具体涉及一种可提高渗钛效果的金属表面渗钛工艺。

背景技术

根据需要对金属表面进行防护处理在很多领域广泛应用。本发明的主要应用之一是在对海绵钛生产用的新反应器的内表面进行处理。因为用镁还原真空蒸馏法生产海绵钛，是将熔融状态的金属镁和液体四氯化钛在反应器内发生还原反应生成海绵状的金属钛。反应器通常是用锅炉钢板(20g)或不锈钢(1Cr18Ni9Ti)制作，在高温状态下，与原料和产品直接接触的反应器内壁和其它钢铁构件中的铁将以杂质形式转入产品中，进而影响产品海绵钛的质量。

对新反应器内壁进行渗钛处理的研究始于上世纪60年代，其目的就是要给新反应器内壁增加保护层，防止铁对产品的污染。但以前的方法都是要把钛粉涂抹在反应器内壁，在随后的高恒温过程中靠粘附于器壁的钛粒与铁作用完成渗钛。这种老办法至今已沿用了半个多世纪，但表面渗钛处理效果并不理想。用老办法渗钛的新反应器生产的产品中铁含量只能控制在0.1％左右，所以第一炉产品铁含量在0.15％即为合格。老办法不仅效果不好，还要消耗大量价值昂贵的钛粉。同时由于操作过程中的不慎进气等原因，还极易造成渗钛处理失败。

申请人与2013年4月提交了一份对金属表面进行镀钛、渗钛从而形成合金的表面处理工艺，申请号为201310039782.5，由于申请人当时还未对原料配比进行深入研究试验，因此该申请也未对原料配比进行说明。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种优化工艺后的、进一步提高渗钛效果的金属表面渗钛工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：金属表面渗钛工艺，包括如下步骤：

a、向容器内加入1～2重量份的金属镁、20～30重量份的海绵钛和需要进行处理的金属器件，密闭容器；

b、对容器进行加热，在140～310℃的温度条件下进行容器内的脱气处理；

c、继续对容器进行加热，在升温过程中向容器内通入5～7重量份的四氯化钛，并维持容器内压力0.02～0.04MPa，当升温至992～998℃之间时恒温12～15小时；

d、从容器内取出金属器件、冷却。

其中，上述工艺中所述海绵钛的颗粒直径为0.5～2mm。

其中，上述工艺步骤c在升温过程中维持容器内压力0.02～0.03MPa。

其中，上述工艺步骤c当升温至995℃时恒温14小时。

其中，上述工艺中，对容器进行加热的设备是电炉。

其中，所述脱气处理是指在一定温度下将密闭容器中的空气脱除。

其中，上述工艺步骤c中，维持容器内压力0.02～0.04MPa采取的措施是向容器内充入氩气。

本发明的有益效果是：本发明首先在特定温度下(140～310℃)进行脱气处理，然后在升温过程中控制容器内压力，为后续的一系列反应提供条件，利用四氯化钛在适当的温度压力条件下与还原剂镁发生的还原反应、与钛发生的二次反应及四氯化钛在被还原过程中生成的低价钛的歧化反应，在一系列气相反应的过程中，利用气相迁移使初生态的原子钛在欲处理的金属表面附着形核及晶粒长大，并使镀膜在温度升高后完成渗钛并形成合金；本发明方法立意新颖、简单并科学合理，渗钛效果优越，具有良好的推广应用价值。本发明在原有申请基础上优化了原料配比、容器压力、恒温温度和时间，进一步提高了渗钛的效果。

具体实施方式

本发明属于一种在容器内在适当的温度压力条件下，通过加入液态的四氯化钛和容器内予先放置的固态的金属镁、钛发生一系列化学反应，从而对置于容器内的欲处理的金属及部分非金属表面(包括容器内壁)实现镀钛、渗钛的新工艺。

本发明的金属表面渗钛工艺，包括如下步骤：

a、向容器内加入1～2重量份的金属镁、20～30重量份的海绵钛和需要进行处理的金属器件，密闭容器；

b、对容器进行加热，在140～310℃的温度条件下进行容器内的脱气处理；

c、继续对容器进行加热，在升温过程中向容器内通入5～7重量份的四氯化钛，并维持容器内压力0.02～0.04MPa，当升温至992～998℃之间时恒温12～15小时；

d、从容器内取出金属器件、冷却。

本发明实现该过程所需的钛取自于加入的液态四氯化钛及小颗粒海绵钛。其反应机理是利用四氯化钛在一定条件下和镁发生还原反应、和钛发生二次反应，同时，四氯化钛在被还原过程中生成的低价钛发生的歧化反应：

TiCl₄+2Mg＝Ti+2MgCl₂