[发明专利]一种在Fe-Cr-Si系合金表面形成致密氧化层的方法

说明书

本发明属于表面涂层涂覆技术，特指一种在Fe‑Cr‑Si系合金表面形成致密氧化层的方法。本发明利用在所得Fe‑Cr‑Si系合金表面在喷镀一层同成分比Fe‑Cr‑Si系合金后，利用粉堆控制氧压制备氧化薄膜工艺，在这种低氧压的环境下，镀层外侧会优先被氧化形成氧化层，一定程度上阻止了氧原子的内扩散，促成镀层与合金表面间产生超低氧压，从而导致在界面发生选择性氧化，提高基体在腐蚀介质中的耐蚀能力。

技术领域

本发明属于合金氧化领域，具体涉及对合金表面进行选择性氧化工作，具体而言，指一种Fe-Cr-Si系合金在喷镀下的选择性氧化方法。

背景技术

大多数用作结构材料的合金在暴露于低氧气氛和高温下相对较高的硫分压(如煤气化)时会严重损坏。非保护性硫化物在合金表面快速生长，导致合金快速退化。几十年来，研究人员花费了大量时间和精力来解决这个问题。据报道，二元合金，如Fe-Mn，Fe-Si，Fe-Y，Ni-Nb，Co-Y，Fe-Nb失效在含有O和S的气氛中形成保护性垢。

因此现研究的重点转变为三元合金，三元合金的氧化、硫化行为比二元合金更复杂。现有的研究中，Fe-Cr-Ni合金在H₂/H₂O/H₂S/Ar混合气氛中会发生快速退化。在特定情况下，Ti-Cr-Al合金可以表现出良好的耐腐蚀性。例如，当Cr₂O₃具有热力学稳定性时，Ti-Cr-Al合金具有良好的耐腐蚀性。在合金表面上制备保护涂层是改善基材耐腐蚀性的有利方法。Dudziak等人报道多层CrAlYN/CrN涂层可以在H₂/H₂S/H₂O混合物中在Ti-45Al-8Nb上局部诱导保护层。此外，据报道纳米或微米涂层能够改善合金的抗氧化、抗硫化性。

根据我们对合金氧化的研究，保护性氧化皮的形成对于在恶劣环境中暴露的合金具有良好的耐腐蚀性，例如SiO₂和Cr₂O₃在合金表面上可以有效改善保护性氧化皮的形成。这样我们可以提高合金中Cr或Si的含量，或者在合金表面上制备含有高含量Cr和Si的涂层。在Fe-Si合金中加入Cr可以在纯氧化气氛中诱导形成SiO₂层。其次，我们还可以减小合金的晶粒尺寸，以改善Cr和Si的向外扩散，从而实现Si的选择性氧化并形成保护膜。

发明内容

本发明旨在提供一种操作简单、经济实用且适应于工业连续生产的对Fe-Cr-Si系合金在喷镀下的选择性氧化方法，进而提高Fe-Cr-Si系合金在腐蚀介质中的耐腐蚀性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种在Fe-Cr-Si系合金表面形成致密氧化层的方法，包括：首先在Fe-Cr-Si系合金表面喷镀一层同成分比的Fe-Cr-Si镀层，所述Fe-Cr-Si镀层的厚度为15-20μm；然后利用粉堆控制氧压，使Fe-Cr-Si系合金表面与Fe-Cr-Si镀层之间形成0.05～0.2Mpa的低氧压，加热恒温选择性氧化，制得形成在Fe-Cr-Si系合金表面的连续致密的Cr₂O₃+SiO₂氧化层。