[发明专利]一种热浸镀Al‑Cr‑Mo合金渗层及其热浸镀方法

说明书

技术领域

本发明专利属于热浸镀铝技术领域，特指一种热浸镀Al-Cr-Mo合金渗层及其热浸镀方法。

背景技术

钢铁表面的热浸镀铝技术是本世纪初发展起来的一项表面处理工艺，正逐步应用与石油、化工、电力、冶金、机械、能源和交通运输等领域，前景十分广阔。

由于钢铁制品长期暴露在外部环境中，极易发生腐蚀，造成钢铁产品毁坏失效，给人类生产生活带来严重影响，甚至危及到人民的生命；腐蚀是自然界中一种很普遍的现象，无法完全避免；据统计，全球每年因为腐蚀问题而报废的金属产品大约相当于全球金属产量的1/3，为了延长寿命，减少经济损失，金属的防护工作就显得十分重要，耐蚀性优良且质优价廉的热浸镀铝钢板开始普遍受到青睐。

热浸镀铝渗层具有良好的耐蚀性、耐热性和抗高温氧化等特性，尤其是在苛刻腐蚀条件下具有良好的耐蚀性能，且具有钢的强度和铝的外观，在很多环境下可代替昂贵的不锈钢和耐热钢，降低企业的生产成本，减少机器的维修次数，提高设备及产品的使用寿命。

由于受到现有热浸镀设备、工艺技术及原基材的限制，我国在热浸镀铝行业上的水平还有待提高，更加经济环保且性能良好的新型渗层产品是目前市场所需求的，热浸镀铝技术还有许多空间值得我们去进行研究。

发明内容

本发明的目的在于开发一种新型合金渗层，通过向合金中加入耐H₂S腐蚀成分Cr和Mo，并将热浸镀后的样品进行真空扩散处理，在生产成本不会大幅增加的情况下，通过Al快速向内扩散，使得Cr、Mo在渗层表面富集，提高热浸镀铝合金的耐H₂S腐蚀性能，延长热浸镀铝钢在硫化环境中的使用寿命，使新型渗层应用于一些对耐H₂S腐蚀性要求较高的零部件的热浸镀铝工艺中。

热浸镀Al-Cr-Mo合金渗层，其特征在于：Cr的含量范围在0.5-2wt%，Mo的含量控制在0.3wt%，其余为Al；渗层组织由表及里分别为Fe₂Al₅层、FeAl₂层、FeAl层及                                                -Fe层，随着合金成分中添加Cr含量的增多，Cr、Mo在渗层表面富集。

所述的热浸镀Al-Cr-Mo合金渗层的热浸镀方法，包括Al-Cr-Mo合金熔炼的步骤、钢材基体预处理的步骤、钢材热浸镀的步骤和热浸镀样品的真空扩散处理的步骤。

所述Al-Cr-Mo合金熔炼的步骤，其特征在于：Cr元素利用Al-5wt%Cr合金加入，将中频感应熔炼炉温设置在800°C，先熔炼Al-5wt%Cr合金，待熔化后再加入Al、Mo，全部金属溶化后搅拌均匀，最后将温度降低到热浸镀温度。

所述的钢材基体预处理步骤，其特征在于：钢片预磨除锈；15wt%的Na(OH)₂溶液碱助镀洗除油，（70°C-90°C，3-5min）；清水冲洗；15wt%的盐酸溶液酸洗3min除锈；清水冲洗；助镀；干燥。

所述助镀使用的助镀剂的成分为：K₂ZrF₆：100g/L、KCl：100g/L、NaF：1g/L，使用上述成分所配置的水溶液对钢材基体进行助镀处理；助镀温度：90°C，助镀时间：2min。

所述热浸镀使用的工艺参数，其特征在于：浸镀温度为710-730°C，浸镀时间为120-180s。

所述热浸镀样品的真空扩散处理的步骤，其特征在于：样品放入刚玉坩埚→封装在真空度为0.001Pa的石英管中→放入管式电阻炉中进行扩散，扩散工艺参数为：800-900°C保温1-5h。

本发明由于热浸镀铝后，渗铝层有表面纯铝层和合金层组成，由于表面纯铝层硬度低，使用过程中易损伤，而合金层相的脆性大，与基体的结合强度低，通过将热浸镀后的样品进行真空扩散处理，在生产成本不会大幅增加的情况下，增加渗层与基体的结合强度，同时提高热浸镀铝合金的耐腐蚀性能和渗层表面质量，延长渗铝钢的使用寿命。

本发明的原理来源于不同金属元素的扩散速率不同，通过向熔池中加入耐H₂S腐蚀性元素Cr、Mo，在真空扩散处理过程中，其扩散速率远低于Al，使得Cr、Mo元素渗层表面富集；由于Cr、Mo元素在硫化环境比Fe、Al等金属元素优先硫化，从而在合金表面形成致密的含Cr、Mo的硫化物，使得含Cr、Mo元素的铝合金渗层的抗硫化腐蚀能力大大提高。