專利名稱：一種應(yīng)用硅鐵粉在低碳鋼表面合金化的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵表面硅合金化技術(shù)領(lǐng)域，是一種新型的低碳鋼表面合金化工藝。
背景技術(shù)：
隨著科技社會的發(fā)展，許多新物質(zhì)、新材料在生產(chǎn)、生活中得到了發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，但是金屬——作為一種不可或缺的資源，在現(xiàn)代制造業(yè)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍然是無法取代的，有著極其重要的地位。材料的綜合特性，包括強(qiáng)度、可加工性、可用性、成本以及重復(fù)利用性，就金屬而言，要使其全部滿意地達(dá)到上述各項(xiàng)性能指標(biāo)，已經(jīng)越來越困難，局限性頗多。就其防腐蝕和涂飾方面，油漆涂料就擔(dān)負(fù)著重要的角色。而金屬預(yù)處理的目的，不外乎防止腐蝕、改善油漆附著力、改善潤滑狀況、以及改變電特性等。為了達(dá)到上述目的，需要改進(jìn)金屬表面的特性。在金屬表面處理中，其預(yù)處理是最為關(guān)鍵的一步，涉及到相當(dāng)廣泛的技術(shù)領(lǐng)域。當(dāng)前金屬材料保護(hù)的主要方法有封閉保護(hù)，如上漆、磷化，通過在金屬表面形成一層保護(hù)膜起到隔絕空氣的目的；陰極陽極保護(hù)，如電鍍鉻或鋅，通過在金屬表面鍍一層更容易被氧化或更不容易被氧化的金屬，使之減緩對基體金屬的氧化速度。金屬腐蝕一般發(fā)生在金屬表面，因此，通過對低成本的常規(guī)低碳鋼進(jìn)行表面合金化處理，使其表面狀態(tài)達(dá)到甚至高于特殊鋼的性能，是一種簡單易行的處理工藝。并且這種方法也將大大降低成本。因此，表面合金化是研究鋼鐵防護(hù)處理技術(shù)關(guān)注的熱點(diǎn)。目前，金屬表面合金化，按實(shí)現(xiàn)手段可分類如下1，改變金屬表面的合金成分。主要有熱擴(kuò)滲、滲鍍等；2，金屬表面覆蓋技術(shù)。主要有精密表面冶金(離子冶金)，涂層表面冶金，薄膜表面冶金等；3，改善金屬表面的金相組織，使表層組織強(qiáng)化，包括感應(yīng)加熱淬火、電子束、激光等高能量密度的表面處理。目前國內(nèi)外有很多這方面的研究。例如，中國專利01201956. 9介紹了一種既激光表面合金化鐵道鋼軌的方法。該方法是通過激光束熔化鋼軌表面基材與添加的合金化材料形成激光合金層。結(jié)果表明，激光合金化鐵道鋼軌耐磨性和韌性均優(yōu)。中國專利00121473. X介紹了一種表面合金化織布鋼綜及其生產(chǎn)方法，以織布鋼表面合金層為支撐面，提高了鋼綜的使用壽命。中國專利200610107395.0提出了一種中錳鋼表面合金化處理方法，通過控制中錳鋼成分含量和熔煉工藝從而提高中錳鋼耐磨性的目 的。中國專利00119495. X介紹了一種低碳鋼表面合金化工藝，通過在低碳鋼表面閃鍍方法預(yù)制一層或復(fù)層耐腐蝕金屬鎳，鈷，鉻，然后在合金化爐進(jìn)行合金化處理。從而實(shí)現(xiàn)對大件金屬進(jìn)行批量處理和連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)。中國專利97194171. 8介紹了表面合金化的高溫合金，提供了一種具有富含硅和鎳擴(kuò)滲防護(hù)層。中國專利01810058. 9介紹了表面合金化的高溫合金，提供了一種合金化部件，包含基礎(chǔ)合金和富集硅和鉻的擴(kuò)散阻擋層，在表面合金化的部件最外表面產(chǎn)生補(bǔ)充的氧化鉻或氧化鋁保護(hù)性氧化皮。中國專利96217077介紹了高硬度耐強(qiáng)沸酸腐蝕滲硅鋼管，其滲硅鋼管高硬度，抗強(qiáng)沸酸腐蝕、抗磨損、高溫抗氧化等綜合性能比lCrl8Ni9Ti鋼、鈦合金高幾倍至幾十倍。本發(fā)明是本發(fā)明是通過球磨得到的納米級硅鐵粉涂覆到低碳鋼表面，利用氫氣分下高溫環(huán)境均勻的滲入低碳鋼表面，使得表面硅含量達(dá)到19T2. 8%，從而達(dá)到通過簡單的工藝提高低碳鋼表面硬度和耐腐蝕性能的目的。研究

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用硅鐵粉在低碳鋼表面合金化的工藝方法。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
a.首先將普通冷軋低碳鋼表面打磨光滑，并在10(Tl50°C，保持5 20小時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理，穩(wěn)定鋼板的組織和尺寸；
b.將球磨好的納米級硅鐵粉涂覆到低碳鋼表面，覆蓋層厚度為10U nTlOO u m ;硅鐵粉的平均粒徑為IOO-1lOnm ;硅鐵粉的化學(xué)成分為Si 43. 6wt%, Fe 56. 4wt% ；
c.將覆蓋納米層的鋼板置于氫氣氣氛爐內(nèi)。在氫氣氣氛下升溫速率控制在1(T20°C/ min升溫至70(Tl00(rC，保溫時(shí)間為2飛h，隨爐冷卻；最終達(dá)到表面合金化。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單易行。通過在鋼板表面涂覆納米級硅鐵粉，降低熱滲溫度，在氫氣分下，高活性硅原子利用還原時(shí)候高溫環(huán)境均勻的滲入冷軋低碳鋼表面；同時(shí)可以控制涂覆納米級硅鐵粉厚度來達(dá)到控制表面硅含量的目的，極大的提高冷軋低碳鋼表面硬度及其耐腐蝕性能。本發(fā)明可使低碳鋼表面硅含量達(dá)到廣2.8%。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將本發(fā)明具體實(shí)施案例敘述于后。實(shí)施例一1.首先將普通低碳鋼表面打磨光滑，并在150°C，保持8小時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理，穩(wěn)定鋼板的組織和尺寸。2.將球磨好的納米級硅鐵粉涂覆到低碳鋼表面，覆蓋層厚度為32 ilm。3.將覆蓋納米層的鋼板置于氫氣氣氛爐內(nèi)。在氫氣氣氛下升溫速率控制在15°C /min升溫至700°C，保溫時(shí)間為4h，隨爐冷卻。然后將處理后的鋼板進(jìn)行維氏硬度測試并通過塔菲爾試驗(yàn)測其腐蝕性能。
實(shí)施例二1.首先將普通低碳鋼表面打磨光滑，并在150°C，保持8小時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理，穩(wěn)定鋼板的組織和尺寸。2.將球磨好的納米級硅鐵粉涂覆到低碳鋼表面，覆蓋層厚度為56 u m。3.將覆蓋納米層的鋼板置于氫氣氣氛爐內(nèi)。在氫氣氣氛下升溫速率控制在15°C /min升溫至700°C，保溫時(shí)間為4h，隨爐冷卻。然后將處理后的鋼板進(jìn)行維氏硬度測試并通過塔菲爾試驗(yàn)測其腐蝕性能。
實(shí)施例三1.首先將普通低碳鋼表面打磨光滑，并在150°C，保持8小時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理，穩(wěn)定鋼板的組織和尺寸。2.將球磨好的納米級硅鐵粉涂覆到低碳鋼表面，覆蓋層厚度為94 iim。3.將覆蓋納米層的鋼板置于氫氣氣氛爐內(nèi)。在氫氣氣氛下升溫速率控制在15°C /min升溫至1000°C，保溫時(shí)間為4h，隨爐冷卻。然后將處理后的鋼板進(jìn)行維氏硬度測試并通過塔菲爾試驗(yàn)測其腐蝕性能。
實(shí)施例四1.首先將普通低碳鋼表面打磨光滑，并在150°C，保持8小時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理，穩(wěn)定鋼板的組織和尺寸。2.將球磨好的納米級硅鐵粉涂覆到低碳鋼表面，覆蓋層厚度為22 u m。
3.將覆蓋納米層的鋼板置于氫氣氣氛爐內(nèi)。在氫氣氣氛下升溫速率控制在15°C /min升溫至700°C，保溫時(shí)間為4h，隨爐冷卻。然后將處理后的鋼板進(jìn)行維氏硬度測試并通過塔菲爾試驗(yàn)測其腐蝕性能。
實(shí)施例五1.首先將普通低碳鋼表面打磨光滑，并在150°C，保持8小時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理，穩(wěn)定鋼板的組織和尺寸。2.將球磨好的納米級硅鐵粉涂覆到低碳鋼表面，覆蓋層厚度為58 u m。3.將覆蓋納米層的鋼板置于氫氣氣氛爐內(nèi)。在氫氣氣氛下升溫速率控制在15°C /min升溫至700°C，保溫時(shí)間為2h，隨爐冷卻。然后將處理后的鋼板進(jìn)行維氏硬度測試并通過塔菲爾試驗(yàn)測其腐蝕性能。實(shí)施例六1.首先將普通低碳鋼表面打磨光滑，并在150°C，保持8小時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理，穩(wěn)定鋼板的組織和尺寸。2.將球磨好的納米級硅鐵粉涂覆到低碳鋼表面，覆蓋層厚度為53 iim。3.將覆蓋納米層的鋼板置于氫氣氣氛爐內(nèi)。在氫氣氣氛下升溫速率控制在15°C /min升溫至700°C，保溫時(shí)間為6h，隨爐冷卻。然后將處理后的鋼板進(jìn)行維氏硬度測試并通過塔菲爾試驗(yàn)測其腐蝕性能。
表I測得實(shí)施例所有樣品的維氏硬度，以及塔菲爾測試比較 X畫
xXilft糧納聚處理g度傑2時(shí)間維ft硬度 Stt電流密度
禽例層厚度(,) CO(h)(H7) C10'3A/c 2)
普通冷軋篏鑛銅070041353 1 42
實(shí)施例一3270041612.056
實(shí)施例二5670041841.243
$施例三9410004IS23m
.......................1SWH.......................................................22..............................................700...............................................4.......................................................1ll........................................................L42 ...........................
實(shí)施例 Ji587002176L663
賣施_ 六I700I1941.049由上表I可知，通過球磨得到的納米級硅鐵粉涂覆到低碳鋼表面，經(jīng)過熱處理后的冷 軋低碳鋼的耐蝕性與硬度都大大提高。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用硅鐵粉在低碳鋼表面合金化的工藝方法，其特征在于具有以下的過程和步驟a.首先將普通冷軋低碳鋼的表面打磨光滑，然后在100 150°C保溫5 20小時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理，以穩(wěn)定鋼板的組織和尺寸；b.將球磨好的納米級硅鐵粉涂覆到低碳鋼表面，覆蓋層厚度為10μ m 100 μ m ;硅鐵粉的平均粒徑為IOO-1lOnm ;硅鐵粉的化學(xué)成分為Si43. 6wt%, Fe56. 4wt% ；c.將覆蓋納米層的鋼板置于氫氣氣氛爐內(nèi)，在此氣氛下升溫速率控制在10 20°C/ min，升溫至700 1000°C，保溫時(shí)間為2 6h，然后隨爐冷卻；最終達(dá)到表面合金化。
全文摘要
本發(fā)明是通過球磨得到的納米級硅鐵粉涂覆到低碳鋼表面，利用氫氣氛下高溫環(huán)境均勻地滲入低碳鋼表面，使得表面硅含量達(dá)到1%～2.8%，從而達(dá)到通過簡單的工藝提高低碳鋼表面硬度和耐腐蝕性能的目的。經(jīng)過測試，處理后的試樣在硬度和耐蝕方面均有大幅度提高。
文檔編號C23C10/30GK102994944SQ20121051699
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者鐘慶東, 鐘齊軍, 王毅, 蔣繼波, 周瓊宇 申請人:上海大學(xué)