一種基于表面預(yù)處理碳鋼熱浸鋁工藝的制作方法
【專利說明】一種基于表面預(yù)處理碳鋼熱浸鋁工藝
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及碳鋼零件的表面處理，特指一種用于碳鋼抗氧化零件上的耐蝕表面處理方法，具體地，為一種基于表面預(yù)處理碳鋼熱浸鋁工藝。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]鋼材滲鋁是通過物理或化學(xué)的方法，在鋼材表面形成一種鋁鐵合金層，使之具有抗高溫氧化性、耐硫化氫腐蝕以及耐環(huán)烷酸腐蝕等優(yōu)良性能。在某些特定的環(huán)境下可以用普通滲鋁鋼材代替不銹鋼，因此，具有很重要的經(jīng)濟價值，在石油化工工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。它可以提高鋼鐵、非鐵金屬及合金的抗高溫氧化和抗燃?xì)飧g的能力，在大氣、硫化氫、二氧化碳和海水等介質(zhì)中具有良好的耐蝕性。
[0005]由于待熱浸鍍的零件表面存在油污和氧化物，妨礙鋁液在其表面上的鋪展、潤濕，影響鋁和鐵原子間的相互擴散，浸鋁前必須進行預(yù)處理，零件表面預(yù)處理的一般流程為:待鍍件一除油一水洗一除銹一水洗一助鍍一水洗一吹干及預(yù)熱，然后進行熱浸滲鋁。大量實踐表明:表面處理的程度直接決定滲鋁工件表面的質(zhì)量。
[0006]目前，通常采用化學(xué)方法除油，低溫加熱或堿液或有機溶劑清洗除油，例如，除油劑為20 %NaOH+ 5 %Na2 S13 + 10 %Na2 CO3十水,加熱煮沸20?30 min，若鋼件表面油污太多，要先用汽油粗除油處理。除銹:采用硫酸或鹽酸水溶液。硫酸溶液濃度為20 %，溫度40?60 °C，時間10?15 min ;鹽酸溶液濃度為33 %，溫度10?30 °C，時間5?20 min。對于鑄鐵工件經(jīng)堿洗除油、酸洗除銹，噴丸清理，然后經(jīng)有機溶劑清洗。表面清洗晾干進入助鍍、熱浸鋁。從現(xiàn)有研究和工程應(yīng)用情況看，經(jīng)上述表面預(yù)處理后浸鋁，鋼表面獲得的浸鋁層厚度較薄而且厚度不均勻。
[0007]為了增加熱浸鋁涂層的厚度和改善涂層的均勻性，通過采用凈化鋁液純度、添加合金元素和稀土、提高浸鋁溫度和延長時間，提高了浸鋁層厚度，但對改善浸鋁層厚度的均勻性效果都不明顯。該發(fā)明公開了一種基于表面預(yù)處理碳鋼熱浸鋁工藝，首先將待鍍件在一定溫度下進行退火處理，然后采用表面噴砂處理，酸洗、助鍍后浸鋁，得到厚度均勻的浸鋁層。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于，提出一種基于表面預(yù)處理碳鋼熱浸鋁工藝，其基于浸鋁前的退火處理和隨后的噴砂預(yù)處理相結(jié)合，利用退火處理造成碳鋼表面輕微脫碳和清潔表面油污，隨后的噴砂處理去除碳鋼表面在退火過程中形成的氧化物，同時粗化表面，增加表面積，改善了鋁液對碳鋼表面速度的不均勻性，制備的熱浸鋁層厚度均勻，且較無退火處理表面的熱浸鋁層厚度增加。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種基于表面預(yù)處理碳鋼熱浸鋁工藝，其特征在于，包括如下步驟:
A)表面預(yù)處理:將待浸鋁碳鋼零件進行退火處理，冷卻后，對零件表面進行噴砂處理；
B)酸洗去除零件表面的氧化物；
C)助鍍處理；
D)在760-780°C鋁液中浸鍍40-60min，冷卻；
其中，噴砂處理的方法為:在2~3個大氣壓下噴砂5~8 min。
[0010]優(yōu)選的，在步驟A中，所述的退火處理的方法為:在空氣中進行550-600°C、1.5h-2h低溫退火。噴砂處理的砂子粒徑為5~8 μ m。
[0011]助鍍處理的具體步驟為:將碳鋼零件浸入溫度72-82°C的含有10_15wt%ZnCl2、3-5wt%NaF以及3~5 wt%NH4Cl的水溶液中助鍍5_8min，烘干。其中，wt%為重量百分比。
[0012]酸洗的步驟為:在5-lOwt %H2S04水溶液中且溫度為20-30°C除銹l_2min，清水沖洗。
[0013]所述的碳鋼零件包括鍋爐冷卻管道、汽車排氣管、退火罐或煉鋼用吹氧管。
[0014]經(jīng)所述的熱浸鋁工藝獲得由40~60μπι純鋁層和500~600 μ m的Fe-Al金屬間化合物層構(gòu)成的浸鋁層。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明由于在浸鋁前，采用了低溫退火處理，去除了零件表面的油污，同時造成了零件表面的輕微脫碳，省略了常規(guī)預(yù)處理過程中的堿洗工序；
(2)本發(fā)明另一個明顯優(yōu)點是，經(jīng)過對零件表面的噴砂處理后，增加了表面粗糙度，增加了表面積，改善了表面浸鋁速度的均勻性；
(3)本發(fā)明制備的浸鋁層，具有層厚、厚度均勻的優(yōu)點。
[0016]
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明一種基于表面預(yù)處理碳鋼熱浸鋁工藝制備的浸鋁層結(jié)構(gòu)圖；
圖2為未經(jīng)表面噴砂處理后的浸鋁層結(jié)構(gòu)圖。
[0018]
【具體實施方式】
[0019]為進一步揭示本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式: 實施例1
對Q235鋼表面進行預(yù)處理，在550°C，保溫2 h退火處理，空冷；在3個大氣壓下進行噴砂處理，噴砂時間8min ； 1wt %H2S04水溶液中，在30°C除銹lmin，水洗；在溫度80°C的1wt %ZnCl2 +3wt %NaF+5NH4Cl的水溶液中助鍍6min，然后烘干，780°C浸鋁，時間為lh，獲得厚度為40 μ m純鋁層和厚度為650 μ m的Fe-Al金屬間化合物浸鋁層，如圖1所示。
[0020]實施例2
對20鋼，在600°C，保溫1.5 h退火處理，空冷；在2個大氣壓下進行噴砂處理，噴砂時間 5min ；10wt %H2S04 水溶液中，在 30°C 除銹 lmin，水洗；在溫度 80°C 的 1wt %ZnCl2 +3wt%NaF+5NH4Cl的水溶液中助鍍6min，然后烘干，760°C浸鋁，時間為lh，獲得厚度為30 μ m純鋁層和厚度為450 μ m的Fe-Al金屬間化合物浸鋁層。
[0021]實施例3
對15CrMo合金鋼，在550°C，保溫2 h退火處理，空冷；在3個大氣壓下進行噴砂處理，噴砂時間5min ;10wt %H2S04水溶液中，在30°C除銹lmin，水洗；在溫度80°C的1wt %ZnCl2+3wt %NaF+5NH4Cl的水溶液中助鍍6min，然后烘干，780°C浸鋁，時間為lh，獲得厚度為45 μ m純鋁層和厚度為550 μ m的Fe-Al金屬間化合物浸鋁層。
[0022]經(jīng)過實驗觀察，未經(jīng)表面噴砂處理后的浸鋁層厚度更不均勻，而經(jīng)本發(fā)明的工藝處理后得到的浸鋁層厚度增加且更為均一，參見圖1和圖2。
[0023]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化、均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于表面預(yù)處理碳鋼熱浸鋁工藝，其特征在于，包括如下步驟: 表面預(yù)處理:將待浸鋁碳鋼零件進行退火處理，冷卻后，對零件表面進行噴砂處理； 酸洗去除零件表面的氧化物； 助鍍處理； 在760-780°C鋁液中浸鍍40-60min，冷卻； 其中，噴砂處理的方法為:在2~3個大氣壓下噴砂5~8 min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于表面預(yù)處理碳鋼熱浸鋁工藝，其特征在于，在步驟A中，所述的退火處理的方法為:在空氣中進行550-600°C、1.5h-2h低溫退火。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于表面預(yù)處理碳鋼熱浸鋁工藝，其特征在于，在步驟A中，噴砂處理的砂子粒徑為5~8 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于表面預(yù)處理碳鋼熱浸鋁工藝，其特征在于，步驟C的具體步驟為:將碳鋼零件浸入溫度72-82°C的含有10-15wt%ZnCl2、3_5wt%NaF以及3~5wt%NH4Cl的水溶液中助鍍5-8min,烘干。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于表面預(yù)處理碳鋼熱浸鋁工藝，其特征在于，酸洗的步驟為:在5-lOwt %H2S04水溶液中且溫度為20-30°C除銹l_2min，水洗。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項所述的一種基于表面預(yù)處理碳鋼熱浸鋁工藝，其特征在于，所述的碳鋼零件包括鍋爐冷卻管道、汽車排氣管、退火罐或煉鋼用吹氧管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項所述的一種基于表面預(yù)處理碳鋼熱浸鋁工藝，其特征在于，經(jīng)所述的熱浸鋁工藝獲得由40~60 μ m純鋁層和500~600 μ m的Fe-Al金屬間化合物層構(gòu)成的浸鋁層。
【專利摘要】本發(fā)明涉及碳鋼結(jié)構(gòu)件的表面處理，特指一種基于表面預(yù)處理碳鋼熱浸鋁工藝。本發(fā)明針對鍋爐冷卻管道、煉鋼用吹氧管、汽車排氣管和退火罐等零件，采用液態(tài)浸鋁獲得外層純鋁層和內(nèi)層Fe-Al？金屬間化合物抗氧化涂層。其工藝流程包括退火處理、噴砂預(yù)處理、酸洗、助鍍、熱浸鋁、空冷處理；在空氣中冷卻后，獲得40~60μm純鋁層、500~600？μm的Fe-Al？金屬間化合物層。本發(fā)明制備的浸鋁層厚度均勻，具有工藝簡便、成本低、涂層結(jié)合力強、適于批量生產(chǎn)等特點，可用于熱腐蝕環(huán)境下零件的生產(chǎn)，替代不銹鋼，可提高性能、壽命和節(jié)約合金資源。
【IPC分類】C23C2-02, C23C2-12
【公開號】CN104561873
【申請?zhí)枴緾N201410850085
【發(fā)明人】王紅星, 王章忠, 毛向陽, 薛亞軍, 張明耀, 左康江, 徐兆亮
【申請人】南京工程學(xué)院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月31日