[發明專利]一種表面含有稀土釔元素的鋼鐵材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201010138859.0
• 申請日: 2010-04-03
• 公開（公告）號: CN101805887A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 高原;王成磊;李冰;黃學鋒;徐晉勇;卜根濤;申罡;陳選楠
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/16;C23C14/54
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 孫伊濱

技術領域

本發明涉及固態表面冶金，具體是一種表面含有稀土釔元素的鋼鐵材料及其制備方法。

背景技術

稀土釔鋼鐵材料傳統的制備方法是用整體冶煉工藝技術獲得，雖具有較好的抗氧化性和 耐腐蝕性，但由于稀土元素氧化能力極強，煉鋼時加入稀土的工藝很復雜，而且加入的稀土 釔元素用量大，稀土元素是較為貴重元素，正因為如此，稀土鋼的使用受到很大限制。

發明內容

本發明的目的是為克服現有技術的不足，提供一種用等離子表面冶金技術在鋼鐵材料表 面滲釔，而獲得的表面含有稀土釔元素的鋼鐵材料及其制備方法，這種方法稀土用量少，節 約元素，工藝簡單，產品抗氧化性和耐腐蝕性達到冶金工藝技術制備的整體稀土鋼，但成本 價格低廉。

本發明一種表面含有稀土釔元素的鋼鐵材料，是在中、低碳鋼的表面采用等離子滲金屬 技術，滲入稀土元素釔，獲得表面厚度≥50μm的合金層，在10～15μm內的平均釔含量為 3～35％的鋼鐵材料，其制備方法，包括如下步驟：

1、在真空容器中設置陰極和陽極，將含釔99％的釔板和鋼鐵試樣置于真空容器的陰極上；

2、將容器抽真空至5Pa以下；

3、在陰、陽極之間加入-1000V的電壓；

4、將釔板和鋼鐵試樣加溫至800～1250℃，保溫4～12小時；

5、隨爐緩冷至室溫，即得到表面厚度≥50μm的合金層，在距表面10～15μm內平均 釔含量為3～35％的鋼鐵材料。

所述合金層厚度的主要控制方法是：控制保溫時間和濺射電壓。隨著保溫時間的延長，合 金層厚度增加。濺射電壓在一定范圍內升高，合金層厚度增加。

所述合金層釔金屬含量的主要控制方法是：濺射電壓和保溫溫度。隨著濺射電壓在一定范 圍內升高，合金層的釔金屬含量升高。隨著保溫溫度的提高，合金層的釔金屬含量升高。

所述容器中陰極和陽極的距離為15～500mm之間。

所述釔板和鋼鐵試樣的距離為15～50mm之間。

經測試，用上述方法獲得的表面含有稀土釔元素的表面合金層在距表面10～15μm內平 均釔含量為3～35％的鋼鐵材料，表面合金層厚度≥50μm。

本發明在真空的狀態下，用等離子表面冶金技術在中、低碳鋼的表面滲入稀土元素釔， 稀土元素的用量少，加入工藝簡單，產品成本低廉，含稀土釔的鋼鐵材料抗氧化性、耐腐蝕 性好，使用壽命長。

具體實施方式

實施例1

將尺寸為50mm×80mm×5mm含釔99.9％的釔板作為欲滲釔的供給源，將尺寸為40mm×20mm ×2mm的Q235鋼做為被滲試樣，將釔板和Q235鋼試樣同時置于密封的真空容器中，容器內 設置有陰極和陽極的陰極上，抽真空到5Pa以下，在陰極和陽極之間加入-1000V的高電壓， 利用陰極濺射，將釔板和試樣升到1000℃左右，并保溫6小時，此過程中被濺射出的釔離子、 原子及粒子團，遷移并吸附在Q235鋼試樣表面，高溫下擴散進入試樣內部，形成一定厚度的 稀土釔合金層。保溫結束后，隨爐緩冷到室溫。通過上述工藝過程，可以形成表面≥30μm 的合金層，其中10μm以內平均釔含量為8～20％的鋼鐵材料。

實施例2

將釔板和鋼鐵試樣升溫在800℃，保溫4小時，可以形成表面≥15μm的合金層，其中10 μm以內平均釔含量為3～10％的鋼鐵材料。其他同實施例1。

實施例3

將釔板和鋼鐵試樣升溫在1250℃，保溫10小時，可以形成表面≥45μm的合金層，其中 12μm以內平均釔含量為10～30％的鋼鐵材料，其他同實施例1。