[发明专利]一种在Fe-Mn-Al合金表面形成致密氧化膜的方法

说明书

本发明涉及Fe‑Mn‑Al合金表面Al₂O₃选择性氧化薄膜的制造方法，它主要通过将Cr和Cr₂O₃粉末在一密闭的真空空间内加热，从而形成一稳定的低氧压环境，并将Fe‑Mn‑Al合金样品置于该低氧压环境中进行高温氧化。控制合金样品在该氧压下Fe、Mn不被氧化而Al能被氧化，从而在表面形成一层连续致密的Al₂O₃薄膜。Al₂O₃薄膜具有优良的机械强度，耐磨、抗腐蚀的性能,能够对Fe‑Mn‑Al合金基体起到很好的保护作用。本发明旨在提供一种操作便捷且经济实用的提高Fe‑Mn‑Al合金耐蚀性的方法，与传统的通过连续供氧控制氧压的技术相比，该发明成本较低、操作简单且可控。

技术领域

本发明属于金属表面处理工艺领域，尤其涉及金属表面选择性氧化膜的制造方法，适用于在Al含量较低的合金表面制备Al₂O₃薄膜，提高合金样品的耐蚀性能和抗高温氧化性。

背景技术

近年来，汽车结构、性能和技术的重要发展方向是减重、节能、降低排放和提高安全性能。实现这一目标的重要手段是车身的轻量化。据统计，汽车重量每减轻1％，燃料可降低0.6％-1.0％。因此，先进高强钢应运而生，如双相钢，相变诱发塑性钢(TRIP)等。最新研制的TWIP钢，更是钢材在强度和延展性综合性能上的一次突破。TWIP钢不仅具有很高的强度和成型性，还具有很好的吸收撞击能量的能力，作为汽车钢在性能上具有很大的优势，成为新一代延性高强钢的一个发展方向。尽管对于TWIP钢的抗腐蚀性能要求低于不锈钢，但在其应用的工况条件下仍然需要保证良好的表面性能，从而迫切需要采用表面改性技术，提高Fe-Mn-Al系奥氏体钢的抗腐蚀、抗氧化性能。

通过控制合金中某一元素的选择性氧化生成保护性氧化膜是提高合金抗氧化和抗腐蚀性能的一个重要方法。根据Wagner合金氧化理论所有促进合金由内氧化向外氧化转变的因素都可以促进合金的选择性氧化，即提高合金中选择氧化元素的浓度和提高该元素的扩散速率；降低氧在合金中的溶解度或扩散速率。TWIP钢中Mn的含量较高，在15％-30％之间，Mn在高温时极易氧化，但所形成的MnO和Mn₃O₄氧化膜疏松多孔，对合金不能起到很好的保护作用。而Al与氧的亲和力比Mn要高，所形成Al₂O₃氧化膜也很致密，常被用做于金属保护膜。但是在普通高温情况下，只有合金中Al的含量达到12％时才能形成完整的Al₂O₃膜，这就很大程度上限制了其应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种在Fe-Mn-Al合金表面形成致密Al₂O₃薄膜，以提高合金耐蚀性和抗氧化性的新方法。以较少的工序和较低的成本来制备Al₂O₃选择性氧化薄膜，节约资源，使材料设计更加灵活。并且通过控制低氧压，使得铝含量较低的合金也能够在其表面形成致密的Al₂O₃保护膜，从而提高Fe-Mn-Al合金耐腐蚀，和抗高温氧化性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种在Fe-Mn-Al合金表面形成致密Al₂O₃保护膜的方法，该方法为：将预处理后的Fe-Mn-Al合金样品与氧压控制粉末置于一密闭空间内，加热氧压控制粉末使得该密闭空间内的氧压低于Fe-Mn-Al合金中Fe、Mn氧化所需的氧分压，但能使Al发生氧化反应，从而在合金表面生成Al₂O₃薄膜；

其中，氧压控制粉末能控制氧压在10^-29-10^-23atm。