[发明专利]一种表面含有稀土钇元素的钢铁材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及固态表面冶金，具体是一种表面含有稀土钇元素的钢铁材料及其制备方法。

背景技术

稀土钇钢铁材料传统的制备方法是用整体冶炼工艺技术获得，虽具有较好的抗氧化性和 耐腐蚀性，但由于稀土元素氧化能力极强，炼钢时加入稀土的工艺很复杂，而且加入的稀土 钇元素用量大，稀土元素是较为贵重元素，正因为如此，稀土钢的使用受到很大限制。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种用等离子表面冶金技术在钢铁材料表 面渗钇，而获得的表面含有稀土钇元素的钢铁材料及其制备方法，这种方法稀土用量少，节 约元素，工艺简单，产品抗氧化性和耐腐蚀性达到冶金工艺技术制备的整体稀土钢，但成本 价格低廉。

本发明一种表面含有稀土钇元素的钢铁材料，是在中、低碳钢的表面采用等离子渗金属 技术，渗入稀土元素钇，获得表面厚度≥50μm的合金层，在10～15μm内的平均钇含量为 3～35％的钢铁材料，其制备方法，包括如下步骤：

1、在真空容器中设置阴极和阳极，将含钇99％的钇板和钢铁试样置于真空容器的阴极上；

2、将容器抽真空至5Pa以下；

3、在阴、阳极之间加入-1000V的电压；

4、将钇板和钢铁试样加温至800～1250℃，保温4～12小时；

5、随炉缓冷至室温，即得到表面厚度≥50μm的合金层，在距表面10～15μm内平均 钇含量为3～35％的钢铁材料。

所述合金层厚度的主要控制方法是：控制保温时间和溅射电压。随着保温时间的延长，合 金层厚度增加。溅射电压在一定范围内升高，合金层厚度增加。

所述合金层钇金属含量的主要控制方法是：溅射电压和保温温度。随着溅射电压在一定范 围内升高，合金层的钇金属含量升高。随着保温温度的提高，合金层的钇金属含量升高。

所述容器中阴极和阳极的距离为15～500mm之间。

所述钇板和钢铁试样的距离为15～50mm之间。

经测试，用上述方法获得的表面含有稀土钇元素的表面合金层在距表面10～15μm内平 均钇含量为3～35％的钢铁材料，表面合金层厚度≥50μm。

本发明在真空的状态下，用等离子表面冶金技术在中、低碳钢的表面渗入稀土元素钇， 稀土元素的用量少，加入工艺简单，产品成本低廉，含稀土钇的钢铁材料抗氧化性、耐腐蚀 性好，使用寿命长。

具体实施方式

实施例1

将尺寸为50mm×80mm×5mm含钇99.9％的钇板作为欲渗钇的供给源，将尺寸为40mm×20mm ×2mm的Q235钢做为被渗试样，将钇板和Q235钢试样同时置于密封的真空容器中，容器内 设置有阴极和阳极的阴极上，抽真空到5Pa以下，在阴极和阳极之间加入-1000V的高电压， 利用阴极溅射，将钇板和试样升到1000℃左右，并保温6小时，此过程中被溅射出的钇离子、 原子及粒子团，迁移并吸附在Q235钢试样表面，高温下扩散进入试样内部，形成一定厚度的 稀土钇合金层。保温结束后，随炉缓冷到室温。通过上述工艺过程，可以形成表面≥30μm 的合金层，其中10μm以内平均钇含量为8～20％的钢铁材料。

实施例2

将钇板和钢铁试样升温在800℃，保温4小时，可以形成表面≥15μm的合金层，其中10 μm以内平均钇含量为3～10％的钢铁材料。其他同实施例1。

实施例3

将钇板和钢铁试样升温在1250℃，保温10小时，可以形成表面≥45μm的合金层，其中 12μm以内平均钇含量为10～30％的钢铁材料，其他同实施例1。