[发明专利]一种低碳钢表面镀镍层合金化扩散模型的建立方法

说明书

本发明提供了一种低碳钢表面镀镍层合金化扩散模型的建立方法，本发明通过利用菲克(Fick)第二定律及玻尔兹曼‑俣野(Boltzmann‑Matano)模型，研究热处理温度和时间与扩散速度和浓度分布等参数之间的相互关系并建立模型，通过本发明所述模型能够分析改善和提高低碳钢表面合金化效果的因素，并通过实验进行修正，进一步提高基材的抗腐蚀性能。

技术领域

本发明涉及材料表面处理领域，具体涉及一种低碳钢表面镀镍层合金化扩散模型的建立方法。

背景技术

镍基合金是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。按照主要性能又细分为镍基耐热合金，镍基耐蚀合金，镍基耐磨合金，镍基精密合金与镍基形状记忆合金等。镍基合金虽然具有优异的抗硫化氢腐蚀性能，但是成本较高，而低碳钢表面电镀镍层，再经过热处理扩散形成合金化过渡层，既能够提高基材的抗腐蚀性能，又能够降低成本。但目前的低碳钢表面镀镍工艺在热处理扩散过程中存在一定缺陷，比如，如何更好地控制热处理温度与扩散速度以及扩散物质浓度分布之间的相互关系，从而达到更好的低碳钢表面合金化效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种低碳钢表面镀镍层合金化扩散模型的建立方法，所述方法能够分析改善和提高低碳钢表面合金化效果的因素，进一步改善低碳钢表面镀镍工艺的效果。

本发明采取的技术方案如下：

1.一种低碳钢表面镀镍层合金化扩散模型的建立方法，包括如下步骤：

(1)采集数据

低碳钢表面经过电镀镍处理后进行热处理，热处理过程中通过设置不同的温度条件获得相应的扩散距离数据(x/μm)，另采集扩散层不同位置的一组扩散物质浓度数据(C/kg/m3)；

(2)建立模型

a.在菲克第二定律基础上作玻尔兹曼变换，具体如下：

令则

其中，C为扩散物质的体积浓度(kg/m3),t为扩散时间(s),x为扩散距离(μm)，D为扩散系数；λ表示定义的中间变量；

b.将Fe的浓度曲线作为研究对象，假设在热处理前镀层中不含Fe且基体中不含Ni，取扩散前的界面位置为坐标原点，令沿镀镍层的方向为x轴正向，令初始条件如下：

其中，C1表示Fe的浓度，C2表示Ni的浓度；

对公式一进行积分，得