[发明专利]钢表面的固体粉末钛-铝二元共渗方法

说明书

本发明属于金属表面化学热处理方法。

钢的表面经钛-铝二元共渗热处理后，钢的表面形成钛—铝合金扩散层，具有良好的耐热、耐磨性，在柠檬酸，酒石酸，环烷酸等有机溶液中及高温硫，硝酸、盐溶液里具有良好的耐蚀性，明显优于碳钢、渗铝钢，渗钛钢及1cr18Ni9Ti不锈钢，尤其在30％氢氧化钠溶液中，其耐蚀性超过1Cr18Ni9Ti近9倍，因此钛-铝二元共渗钢在石油、化工、电力、造船等行业具有广泛的应用。

目前，国内对钢表面的固体粉未钛-铝二元共渗工艺尚未有报道，国外采用铝和二氧化钛及卤化物配比组分进行钛-铝二元共渗，其共渗剂和工艺方法存在以下问题：1)在工艺热处理过程中，渗剂易于板结，造成工件表面渗层钛-铝含量时高、时低不均匀，渗层质量的连续性难以控制，产品质量也就无法保证。2)工艺所采用渗剂配比简单、不合理，造成渗剂不能重复使用，浪费大，渗剂易于氧化，对工艺所采用热处理设备要求严格，成本高。3)工艺操作过程中有腐蚀气体排出，直接损伤加热设备及危害人的身体健康。

本发明的目的即是为了克服上述钛-铝二元共渗方法的缺点，提出一种渗剂配方合理，能有效保证产品质量、渗剂又能重复使用的钢表面钛-铝二元共渗方法，并使其具有操作方便、安全，可避免设备与人体损害的特点。

本发明的要点在于该方法所采用的钛-铝二元共渗剂的配方为(重量百分比)：4～10％三氟化铝+5～10％二氧化钛+0.1～2％氯化铵+物料(余量)，其中物料的配比(重量百分比)为：45～70％活性硅酸铝分子筛微球+55～30％铝-钛-铁三元合金粉，其中三氟化铝细度可为φ0.152～0.066，二氧化钛φ0.152～0.066，活性硅酸铝分子筛微球φ0.02～0.2，铝-钛-铁三元合金粉φ0.152～0.066。

本发明由于采用了带有物料组成的渗剂配比，特别是物料的配比组分为铝-钛-铁三元合金粉与活性硅酸铝分子筛微球的混合物。物料中加入铝-钛-铁三元合金粉，使得渗剂在工艺加热过程中，有效避免了渗剂中铝——钛有效元素的损失，达到渗剂能够重复使用，同时，解决了渗剂在工艺热处理过程中的结块现象，保证了渗层的连续性；物料中加入活性硅酸铝分子筛微球，使渗剂整体比重大大减小，渗剂各组分更加容易混合均匀，进一步保证了渗层质量。

渗剂中加入三氟化铝，不但提供了活性铝原子，而且还是很好的催渗剂与洁污剂；加入二氧化钛，使渗剂中钛含量的平衡得以保证。渗剂中加入氯化铵起催渗剂作用。

本发明的工艺操作过程：首先将所加工试件放入钛-铝二元共渗箱内，装入渗剂、封盖，然后将装好的渗箱放置加热炉内，加热温度为900～1100℃，时间视所需渗层厚度而定，一般为4～12小时，然后加以冷却。

附图1提供了钛——铝二元共渗箱的结构示意图。

钛——铝二元共渗箱的结构主要包括有箱盖1、隔板3、箱体4，箱盖1具有上下两层盖板，两层盖板之间构成缓冲仓6，箱盖上盖板开置有导气孔5，下盖板上开置有导气孔7、8，箱体内设置隔板3，隔板3上开置有导气孔9，在隔板3上放置镁与氧化镁的混合密封填充物料2，使得在工艺加热过程中渗剂所产生的有害气体HF，HCL与镁发生置换反应，产生镁盐与氢气，避免了加热炉内构件的腐蚀损坏及对人体健康的影响，同时对箱体外来氧进行氧化反应，生产氧化镁，有效地阻止渗剂的烧损，导气孔中塞有耐高温纤维棉，用于阻止渗剂与密封填充料的混合及起密封作用。

实施例1：

试件为：φ25×2.5×380的无缝钢管，材质20#钢，渗剂配方重量百分比为：

三氟化铝                8％

二氧化钛                5％

氯化铵                  0.5％

钛-铝-铁三元合金粉      39.5％活性硅酸铝分子筛                  50％加热温度                          950℃    时间4小时渗层厚度                          0.1mm渗层表面显微硬度                  4016MPa渗层表面铝含量                    16％(重量百分比)渗层表面钛含量                    14％(重量百分比)渗件表面美观，呈银灰色，渗层连续，致密。实施例2试件为：50×25×3的试片，材质为A₃钢渗剂配方重量百分比：三氟化铝                          10％二氧化钛                          10％氯化铵                            1％钛-铝-铁三元合金粉                45％活性硅酸铝分子筛                  35％加热温度                          1050℃    时间5小时渗层厚度                          0.2mm渗层表面显微硬度                  4016MPa渗层表面铝含量                    20％渗层表面钛含量                    18％渗件表面美观，呈银灰色，渗层连续，致密。