[發明專利]一種在鋼鐵表面制備合金涂層的方法

有效

• 申請號: 201010261614.7
• 申請日: 2010-08-21
• 公開（公告）號: CN102373401A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發明（設計）人: 盛長松;呂大偉;晁君瑞;劉文亮;李選亭;劉希武;苗普;趙小燕
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石化集團洛陽石油化工工程公司
• 主分類號: C23C10/30
• 分類號: C23C10/30
• 代理公司: 鄭州中民專利代理有限公司 41110
• 代理人: 郭中民

技術領域

本發明涉及一種金屬表面化學熱處理的方法，具體地說涉及一種在鋼鐵表面制備合金涂層的方法。

背景技術

鈮屬VB族難熔金屬，具有高的熔點和高溫強度。耐蝕性好，密度與鋼相似，具有較好的延展性，能承受一定量的機械變形。金屬鈮不僅有良好的力學性能，而且物理化學性質穩定，它是制備涂層的優良金屬。鋁的活性很高，容易與氧結合在基體表面形成致密的氧化鋁陶瓷層，阻擋氧的擴散，它是重要的涂層材料。硅化物涂層具有良好的熱穩定性，使用溫度可達1600℃，其表面形成的SiO₂能有效阻止氧向基體內部擴散，而且SiO₂玻璃在高溫下有流動性，使涂層具有自愈能力，并能承受-定的變形。在涂層添加稀土元素后，能改善滲層表面氧化膜的密合性和塑性，比較各種金屬或涂層的特點，在鋼鐵上滲鈮、硅、鋁、稀土是鋼鐵材料表面強化處理方法之一，可使鋼鐵表面獲得理想的綜合性能。

《金屬熱處理》2001年第26卷第9期：膏劑法滲鈮工藝的試驗研究-遼寧工學院材料與化學工程系劉秉余等。探討了膏劑法在GCr15鋼滲鈮的可行性。滲劑涂層：15％鈮粉，硼砂(Na2B4O7·10H2O)，催滲劑為10％冰晶石(Na3AlF6)，用醇酸清漆將滲劑調成料漿涂覆在試樣表面上，厚度達到1mm左右。保護層：30％Fe粉、70％Al₂O₃，以硅溶膠為粘結劑包覆到滲劑涂層外。烘干后裝罐入爐。罐內的填料為氧化鋁、型砂(主要成分為二氧化硅)、碳化硅等。緩慢升溫至500℃保溫3h。將罐密封后，升溫至1000℃保溫4h。滲層厚度16-18μm，耐磨性比基體提高了3.5倍，是滲硼的1.7倍。該工藝可實現鈮、硅共滲，但不涉及鋁、稀土的共滲。由于滲劑采用純鈮粉，價格昂貴、成本高。

《粉末冶金技術》2001年第19卷第2期料漿法制備鈮合金和鉬合金高溫抗氧化涂層-賈中華。把金屬(合金)的料漿均勻涂復于鉬電極、鈮合金表面，在惰性氣體或真空中使料漿熔化，通過液體-固體擴散形成涂層。以提高溫抗氧化性能和抗熱震性能。涂層材料為硅化物(Si-Cr-Ti、Si-Cr-Fe)300目合金粉，按配方配制合金粉料，加入適量的清漆和乙酸乙酯制成料漿，用噴漆槍將料漿噴涂在試樣和工件上，烘干后放入真空爐中進行1350-1500℃高溫燒結，形成銀灰色的涂層，厚度為90-140μm。該工藝可實現Si-Cr-Ti共滲，但不涉及鈮、鋁、稀土的共滲。

正在申請中的專利200910066270.1要求保護一種在鋼鐵表面滲制鋁鉬稀土涂層的方法，該方法中共滲劑由MoO₃?2.5％～15％；Al?17％～35％；FeAl?54％～66％；氧化稀土0.5％～8％；NH₄C1?0.5％～1.5％組成(百分比均為重量百分比，以共滲劑總重量計)。封閉劑由Al?17％～35％；FeAl?56％～77％；氧化稀土2％～8％；NH₄Cl0.6％～2％組成。各組分均為粉末狀，粒度均在80目以上。所得涂層共滲層厚度為0.1％～0.5mm，共滲層表面鋁含量為23％～35重量％，鉬含量為2％～8重量％，稀土含量：0.3％～0.8％(主要為La、Nd元素)。該發明不涉及鈮和硅的共滲，且熱處理方式也有所不同。

中國專利87101326“具有保護料漿和中頻感應加熱的滲鋁方法和設備”在普通滲劑料漿涂層的外部再涂以獨特的保護料漿，然后進入中頻感應爐進行滲鋁，其特征是，所述保護料漿的組成為(重量％)：粘結劑10％～30％，填料40％～70％，稀釋劑20％～40％，粘結劑為水解硅酸乙酯，或聚合物型粘接劑、紙張廢液，稀釋劑是水或醇類，填料是各種礦物巖粉、玻璃粉、唐瓷粉、氧化鋁或粘土。該方法中的保護料漿存在易龜裂、剝落等問題，經常出現滲層漏滲現象，所以一直沒有得到很好的實際應用和發展。該技術也不涉及鈮、硅、鋁和稀土共滲。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種可以在鋼鐵表面制備鈮、硅、鋁、稀土共滲合金涂層的方法，該方法可大幅度地提高爐管和構件的質量及使用壽命，降低工件成本。

本發明提供的在鋼鐵表面制備合金涂層的方法包括下述順序的步驟：

(1)將共滲劑、粘結劑和水按適當比例混合，制成料漿，將料漿涂敷于鋼鐵工件表面，按預定的烘干工藝烘干，形成具有一定厚度的料漿涂層；

(2)將上述烘干的具有料漿涂層的工件放入滲箱內，再用滲箱蓋密封；