專利名稱：一種在鋼鐵基體表面生成含鉬合金涂層的工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于金屬表面化學熱處理方法，涉及一種在鋼鐵基體表面生成合金涂層的工藝。
背景技術：
碳鋼表面鋁鉬共滲合金涂層具有良好的化學穩(wěn)定性和較高的顯微硬度，可提高工件的耐腐蝕、耐磨性能和抗氧化能力。共滲方法包括粉末包埋、等離子表面合金化、膏劑、液體法等。其中固體粉末共滲法因設備簡單，質量較穩(wěn)定，得到較快發(fā)展。
鋁熱法是一種傳統(tǒng)粉末包埋法，該法的原理是鋁粉與氧化物反應置換出活性金屬原子，達到滲金屬的目的。滲劑重量組成一般為20～50％Al、10～40％金屬氧化物、35～39％稀釋劑和1～5％催滲劑。擴散溫度為900～1150℃，滲制過程要采用防氧化工藝提供保護氣氛，目前采用的工藝為惰性氣體保護或在真空條件下進行。
CN 1044132A中，采用粉末包埋法對銅和銅合金進行多元金屬共滲(含鉬、鉻、鎢等)，提高了表面硬度，有較好的抗高溫、抗磨損、耐孔蝕性能，但其涂料型滲透劑中使用的是純金屬粉末，價格昂貴；另外，處理過程中需通入惰性氣體或氫氣，或者在真空條件下進行，增加了提供保護氣氛、防止氧化的設備。
在DE2929551 A 19810219中，采用粉末法實現(xiàn)了鈦、鉻、鉬、硼的多元共滲，所得涂層具有較好的耐蝕性能，可用于含碳酸、氯化鎂、硫酸鋇、硫酸鈉等化學品的介質中，但其所用粉末為純鈦粉、鉻粉、鉬粉，成本較高，難以推廣。
JP60005927 A 19850112中，采用粉末法在金屬構件表面滲鍍金屬元素，可實現(xiàn)含鋁、鋅、鉻、硅、鈦、鋯、鉬、鎳等元素的多元共滲或滲鉬，用的是金屬混合粉末或者合金粉末，價格較貴，涂層厚度僅有3-50μm，對在惡劣環(huán)境下工作的金屬構件難以起到足夠的保護作用。
CN 1305023A中，多元共滲含鉬、鎳、鉻、鈮、鎢、鈀、鉭和鋯等，采用等離子表面合金化技術對鈦合金進行表面處理，取得較好效果。但該技術用于鋼鐵材料時加熱溫度都遠高于鋼鐵材料的回火溫度，因此，為提高鋼鐵材料的整體強度，滲金屬后還必須進行后續(xù)熱處理。該技術雖然具有可節(jié)約貴重合金元素、節(jié)約能源、無污染等優(yōu)點，但處理過程需在真空條件下進行，需通入惰性氣體，所用設備和工藝復雜，且涂層較薄，成本較高，不宜實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明是要解決傳統(tǒng)鋁熱法中，需用惰性氣體保護，或在真空條件下進行共滲，從而導致處理設備增加、操作復雜，使生產成本增高的缺點。本發(fā)明通過對傳統(tǒng)鋁熱法中防氧化工藝的改進，使生產工藝簡單，生產成本降低。
本發(fā)明的一種在鋼鐵基體表面獲得含鉬合金涂層的工藝，包括如下步驟1)滲劑涂覆將基本重量組成為5～40％MoO3、20～40％Al、16～74％FeAl和1～4％NH4Cl的滲劑干劑，加粘結劑和水，制成涂料型滲劑，將涂料型滲劑涂覆在工件表面，烘干后置入滲箱內；2)固體還原性保護劑包埋共滲將基本重量組成為9～30％Al、39～89.5％FeAl、1～30％Al2O3、0.5～1％NH4Cl的固體還原性保護劑裝入滲箱內包埋工件，封好箱蓋，入爐加熱，在溫度為900～1100℃下共滲4～8小時，出爐后自然降溫。
本發(fā)明進一步的技術特征在于重復使用固體還原性保護劑，每次重復使用前補充占固體還原性保護劑總重量1～8％Al和0.5～3％NH4Cl。
本發(fā)明所述鋼鐵基體是指低碳鋼、低合金鋼和不銹鋼。
本發(fā)明步驟1)涂料型滲劑的組成和制備為傳統(tǒng)鋁熱法中常用的，其中粘結劑一般用硅酸乙酯或聚乙烯醇。本發(fā)明可根據(jù)合金涂層對合金成分的需要來調整涂料型滲劑中的各組分的配比，這是現(xiàn)有技術中常用的方法。
本發(fā)明可實現(xiàn)滲鉬或鋁鉬共滲，所得涂層厚度、鉬含量和涂層連續(xù)性等指標比傳統(tǒng)鋁熱法有較大改善。
使用本發(fā)明可節(jié)省提供保護氣氛的設備或抽真空設備?？梢詳U大加工構件的范圍，有利于實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產。
本發(fā)明涂料型滲劑和固體還原性保護劑主要由氧化鉬、鋁粉、鋁鐵粉、氧化鋁、氯化銨等成分構成。這些原料來源廣泛，采購方便，成本低，性能優(yōu)良，固體還原性保護劑還可重復使用。因此本發(fā)明的生產成本比傳統(tǒng)鋁熱法有很大降低。
生產實驗證明，使用本發(fā)明可獲得較滿意的涂層，低碳鋼滲鉬涂層鉬含量為25～49重量％；鋁鉬共滲涂層含鋁15～35重量％，含鉬20～3重量％。涂層厚度為0.1～0.4mm，涂層具有優(yōu)良的耐腐蝕性能?？筛鶕?jù)需要調整配方，既可滲鉬又可實現(xiàn)鋁鉬共滲。
實施例工件為Φ25×2.5×6000無縫鋼管，材質為20#碳鋼。
涂料型滲劑重量配比12％MoO330％Al55％FeAl3％NH4Cl
涂料型滲劑用粘合劑攪拌均勻，涂敷在鋼管內外表面，干燥后待用。
固體還原性保護劑重量配比30％Al64％FeAl5％Al2O31％NH4Cl將涂敷涂料型滲劑的管件放入滲箱中，用固體還原性保護劑包埋。
熱處理 溫度1000℃保溫時間6小時產品質量滲層厚度0.16mm滲層表面鉬含量3.97重量％，鋁含量31.24重量％。
表面狀況滲層光潔、致密、連續(xù)、呈灰色。
權利要求
1.一種在鋼鐵基體表面生成含鉬合金涂層的工藝，其特征在于包括如下工藝步驟1)滲劑涂覆將基本重量組成為5～40％MoO3、20～40％Al、16～74％FeAl和1～4％NH4Cl的滲劑干劑，加粘結劑和水，制成涂料型滲劑，將涂料型滲劑涂覆在工件表面，烘干后置入滲箱內；2)固體還原性保護劑包埋共滲將基本重量組成為9～30％Al、39～89.5％FeAl、1～30％Al2O3、0.5～1％NH4Cl的固體還原性保護劑裝入滲箱內包埋工件，封好箱蓋，入爐加熱，在溫度為900～1100℃下共滲4～8小時，出爐后自然降溫。
2.如權利要求1所述工藝，其特征在于重復使用固體還原性保護劑，每次重復使用前補充占固體還原性保護劑總重量1～8％Al和0.5～3％NH4Cl。
全文摘要
本發(fā)明是要解決傳統(tǒng)鋁熱法在鋼鐵基體表面獲得含鉬合金涂層的工藝中，需用惰性氣體保護或在真空條件下進行共滲，導致生產成本增高的缺點。本發(fā)明包括滲劑涂覆和固體還原性保護劑包埋共滲兩個步驟，固體還原性保護劑基本重量組成為9～30％Al、39～89.5％FeAl、1～30％Al
文檔編號C23C10/30GK1526849SQ0312637
公開日2004年9月8日 申請日期2003年9月22日 優(yōu)先權日2003年9月22日
發(fā)明者盛長松, 李選亭, 李建留, 劉文亮, 晁懷瑞 申請人:中國石油化工集團公司, 中國石化集團洛陽石油化工工程公司