[发明专利]一种热浸共渗铝铜合金的方法

说明书

本发明涉及一种热浸共渗铝铜合金的方法，属于钢铁热浸渗铝技术领域。本发明的方法包括如下主要步骤，合金熔池制备、钢件表面除油除锈、表面助镀、热浸镀铝铜和真空扩散退火。所获得的合金渗层结构，从外到内依次为Fe₂Al₅层、FeAl层、Fe₂Al层、α‑Fe层。本发明的热浸共渗铝铜合金方法结合了热浸、渗铝扩散工艺，以铝铜合金协同抗蚀作用，提高了产品质量，能使镀层不易脱落，减少渗层孔洞，降低扩散退火温度，能有效保护钢材原有的力学性能，降低能耗。

技术领域

本发明属于热浸渗铝技术领域，具体涉及一种热浸共渗铝铜合金的方法。

背景技术

钢铁具有良好的机械性能和低廉的价格，但由于长期暴露在外部环境中，极易发生腐蚀，造成钢铁产品毁坏失效，给人类生产生活带来严重影响，造成巨大的经济损失，甚至危及到人民的生命。为了延长寿命，减少经济损失，金属的防护工作就显得十分重要，耐蚀性优良且质优价廉的热浸镀铝钢板开始普遍受到青睐。

钢铁表面的热浸镀铝技术是继热浸镀锌之后发展起来的一种方法。正逐步应用与石油、化工、电力、冶金、机械、能源和交通运输等领域，前景十分广阔。钢铁制件热浸镀铝后不仅具有良好的抗腐蚀能力，抗高温氧化性能，而且具有良好的机械强度和加工性能。但目前仍存在一定的缺点，比如热浸镀铝后镀层脆性比较大，与基体的结合力较弱易脱落。由于助镀方法不易控制，容易带来漏镀等现象。并且，热浸镀过程中持续时间比较短，不利于活性铝原子的扩散从而镀层使厚度较薄，对镀层抗氧化性和耐蚀性也会受到一定影响。

尤其在石油管道中，由于H₂S腐蚀严重需要频繁更换油管，这样不仅增加开采成本，更大的难题在于难以预测管道的使用寿命。同时油气钢管腐蚀的发生很普遍且不易被察觉，当腐蚀的量变积累到一定程度，便会发生突发性灾害，引发安全事故，破坏环境。

热浸法渗铝是在热浸镀铝的基础上，将热浸镀工件保温扩散退火，并进行后期的抛光清洗处理。但发现经扩散退火后渗层中Fe₂Al₅相的脆性仍然很大，试样表面分布大量孔洞，这将给后续加工等带来相当大的困难，同时影响到渗铝层的耐蚀性。渗铝层所形成的保护层，在没有物理损伤前可以起到良好的保护作用，但在强H₂S腐蚀环境下，单一的渗铝保护层也存在一定的风险，尤其是在电解腐蚀环境下需要更有效的电化学保护性能，单一的热浸渗铝层无法满足这一要求。要进一步提高渗层的耐蚀性能，可以考虑其他有益合金元素在渗层中共存，因而在热浸法渗铝基础上发展多元素热浸共渗具有积极的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热浸共渗铝铜合金的方法，本发明的方法结合了热浸、渗铝扩散工艺，以及多元素协同抗蚀作用，能使渗层与基体结合后不易脱落，减少渗层孔洞产生，具有更好的耐腐蚀性能。同时扩散退火温度较低，能有效保护钢材原有的力学性能，降低能耗。

一种热浸共渗铝铜合金的方法，其特征在于，主要步骤为：(1)合金熔池制备；(2)钢片表面除油除锈；(3)表面助镀；(4)热浸镀铝铜；(5)真空扩散退火。

合金熔池制备：控制Cu含量在0.5～3.0wt％，余量为Al，先将清洗干净的铝锭在坩埚内加热到700～750℃熔化得铝液，并在铝液表面撒上覆盖剂保护熔化的铝液减少氧化，然后把铜片以铝箔包裹后投入铝液中，防止铜片浮在铝液上，造成熔池成分不均匀，保温30min，得到合金熔池；覆盖剂成分为80％KCl，10％NaCl，10％Na₃AlF₆，使用前需研磨成粉末；

钢片表面除油除锈：首先将钢片表面用质量分数15％～25％NaOH水溶液，在70～90℃条件下浸泡5～10min，水洗1～2min，再用质量分数10％～20％HCl，在室温下浸泡3～5min来除锈，水洗1～2min，然后采用丙酮浸泡1～3min，浸泡后的钢片在温度80～110℃的真空干燥箱中干燥10～20min；