[發明專利]一種低碳鋼表面鍍鎳層合金化擴散模型的建立方法

在審

• 申請號: 201711344563.2
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108088773A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 蘭偉;趙帥;周文
• 申請（專利權）人: 重慶科技學院
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00;G06F17/50
• 代理公司: 重慶蘊博君晟知識產權代理事務所(普通合伙) 50223
• 代理人: 王玉芝

本發明提供了一種低碳鋼表面鍍鎳層合金化擴散模型的建立方法，本發明通過利用菲克(Fick)第二定律及玻爾茲曼?俁野(Boltzmann?Matano)模型，研究熱處理溫度和時間與擴散速度和濃度分布等參數之間的相互關系并建立模型，通過本發明所述模型能夠分析改善和提高低碳鋼表面合金化效果的因素，并通過實驗進行修正，進一步提高基材的抗腐蝕性能。

技術領域

本發明涉及材料表面處理領域，具體涉及一種低碳鋼表面鍍鎳層合金化擴散模型的建立方法。

背景技術

鎳基合金是指在650～1000℃高溫下有較高的強度與一定的抗氧化腐蝕能力等綜合性能的一類合金。按照主要性能又細分為鎳基耐熱合金，鎳基耐蝕合金，鎳基耐磨合金，鎳基精密合金與鎳基形狀記憶合金等。鎳基合金雖然具有優異的抗硫化氫腐蝕性能，但是成本較高，而低碳鋼表面電鍍鎳層，再經過熱處理擴散形成合金化過渡層，既能夠提高基材的抗腐蝕性能，又能夠降低成本。但目前的低碳鋼表面鍍鎳工藝在熱處理擴散過程中存在一定缺陷，比如，如何更好地控制熱處理溫度與擴散速度以及擴散物質濃度分布之間的相互關系，從而達到更好的低碳鋼表面合金化效果。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種低碳鋼表面鍍鎳層合金化擴散模型的建立方法，所述方法能夠分析改善和提高低碳鋼表面合金化效果的因素，進一步改善低碳鋼表面鍍鎳工藝的效果。

本發明采取的技術方案如下：

1.一種低碳鋼表面鍍鎳層合金化擴散模型的建立方法，包括如下步驟：

(1)采集數據

低碳鋼表面經過電鍍鎳處理后進行熱處理，熱處理過程中通過設置不同的溫度條件獲得相應的擴散距離數據(x/μm)，另采集擴散層不同位置的一組擴散物質濃度數據(C/kg/m3)；

(2)建立模型

a.在菲克第二定律基礎上作玻爾茲曼變換，具體如下：

令則

其中，C為擴散物質的體積濃度(kg/m3),t為擴散時間(s),x為擴散距離(μm)，D為擴散系數；λ表示定義的中間變量；

b.將Fe的濃度曲線作為研究對象，假設在熱處理前鍍層中不含Fe且基體中不含Ni，取擴散前的界面位置為坐標原點，令沿鍍鎳層的方向為x軸正向，令初始條件如下：

其中，C1表示Fe的濃度，C2表示Ni的濃度；

對公式一進行積分，得