一种热浸镀Al-Cr-Mo合金渗层及其热浸镀方法
【专利摘要】本发明专利属于热浸镀铝【技术领域】，特指一种热浸镀Al-Cr-Mo合金渗层及其热浸镀方法。所述的热浸镀Al-Cr-Mo合金渗层，其特征在于：Cr的含量范围在0.5-2wt%，Mo的含量控制在0.3wt%，其余为Al。本发明通过向合金中加入耐H2S腐蚀成分Cr和Mo，并将热浸镀后的样品进行真空扩散处理，在生产成本不会大幅增加的情况下，通过Al快速向内扩散，使得Cr、Mo在渗层表面富集，提高热浸镀铝合金的耐硫化腐蚀性能，延长热浸镀铝钢在硫化环境中的使用寿命，使新型渗层应用于一些对耐H2S腐蚀要求较高的零部件的热浸镀铝工艺中。
【专利说明】-种热浸镀AI-Cr-Mo合金渗层及其热浸镀方法
【技术领域】
[0001] 本发明专利属于热浸镀铝【技术领域】，特指一种热浸镀Al-Cr-Mo合金渗层及其热 浸镀方法。
【背景技术】
[0002] 钢铁表面的热浸镀铝技术是本世纪初发展起来的一项表面处理工艺，正逐步应用 与石油、化工、电力、冶金、机械、能源和交通运输等领域，前景十分广阔。
[0003] 由于钢铁制品长期暴露在外部环境中，极易发生腐蚀，造成钢铁产品毁坏失效，给 人类生产生活带来严重影响，甚至危及到人民的生命；腐蚀是自然界中一种很普遍的现象， 无法完全避免；据统计，全球每年因为腐蚀问题而报废的金属产品大约相当于全球金属产 量的1/3,为了延长寿命，减少经济损失，金属的防护工作就显得十分重要，耐蚀性优良且质 优价廉的热浸镀铝钢板开始普遍受到青睐。
[0004] 热浸镀铝渗层具有良好的耐蚀性、耐热性和抗高温氧化等特性，尤其是在苛刻腐 蚀条件下具有良好的耐蚀性能，且具有钢的强度和铝的外观，在很多环境下可代替昂贵的 不锈钢和耐热钢，降低企业的生产成本，减少机器的维修次数，提高设备及产品的使用寿 命。
[0005] 由于受到现有热浸镀设备、工艺技术及原基材的限制，我国在热浸镀铝行业上的 水平还有待提高，更加经济环保且性能良好的新型渗层产品是目前市场所需求的，热浸镀 铝技术还有许多空间值得我们去进行研究。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于开发一种新型合金渗层，通过向合金中加入耐H2S腐蚀成分Cr 和Mo,并将热浸镀后的样品进行真空扩散处理，在生产成本不会大幅增加的情况下，通过 A1快速向内扩散，使得Cr、Mo在渗层表面富集，提高热浸镀铝合金的耐H2S腐蚀性能，延长 热浸镀铝钢在硫化环境中的使用寿命，使新型渗层应用于一些对耐H 2S腐蚀性要求较高的 零部件的热浸镀铝工艺中。
[0007] 热浸镀Al-Cr-Mo合金渗层，其特征在于：Cr的含量范围在0. 5-2wt%，Mo的含 量控制在0. 3wt%，其余为A1 ;渗层组织由表及里分别为Fe2Al5层、FeAl2层、FeAl层及 Ι-Fe层，随着合金成分中添加 Cr含量的增多，Cr、Mo在渗层表面富集。
[0008] 所述的热浸镀Al-Cr-Mo合金渗层的热浸镀方法，包括Al-Cr-Mo合金熔炼的步骤、 钢材基体预处理的步骤、钢材热浸镀的步骤和热浸镀样品的真空扩散处理的步骤。
[0009] 所述Al-Cr-Mo合金烙炼的步骤，其特征在于：Cr元素利用Al_5wt%Cr合金加入， 将中频感应熔炼炉温设置在800° C，先熔炼Al-5wt%Cr合金，待熔化后再加入Al、Mo,全部 金属溶化后搅拌均匀，最后将温度降低到热浸镀温度。
[0010] 所述的钢材基体预处理步骤，其特征在于：钢片预磨除锈；15wt%的Na(0H)2溶液 碱助镀洗除油，（70° C-90° C，3-5min);清水冲洗；15wt%的盐酸溶液酸洗3min除锈；清水 冲洗；助镀；干燥。
[0011] 所述助镀使用的助镀剂的成分为：K2ZrF6 :100g/L、KCl :100g/L、NaF :lg/L，使用上 述成分所配置的水溶液对钢材基体进行助镀处理；助镀温度：90° C，助镀时间：2min。
[0012] 所述热浸镀使用的工艺参数，其特征在于：浸镀温度为710-730° C，浸镀时间为 120-180s。
[0013] 所述热浸镀样品的真空扩散处理的步骤，其特征在于：样品放入刚玉坩埚一 封装在真空度为O.OOlPa的石英管中一放入管式电阻炉中进行扩散，扩散工艺参数为： 800-900° C 保温 l-5h。
[0014] 本发明由于热浸镀铝后，渗铝层有表面纯铝层和合金层组成，由于表面纯铝层硬 度低，使用过程中易损伤，而合金层相的脆性大，与基体的结合强度低，通过将热浸镀后的 样品进行真空扩散处理，在生产成本不会大幅增加的情况下，增加渗层与基体的结合强度， 同时提高热浸镀铝合金的耐腐蚀性能和渗层表面质量，延长渗铝钢的使用寿命。
[0015] 本发明的原理来源于不同金属元素的扩散速率不同，通过向熔池中加入耐H2S腐 蚀性元素 Cr、Mo,在真空扩散处理过程中，其扩散速率远低于A1，使得Cr、Mo元素渗层表面 富集；由于Cr、Mo元素在硫化环境比Fe、A1等金属元素优先硫化，从而在合金表面形成致 密的含Cr、Mo的硫化物，使得含Cr、Mo元素的铝合金渗层的抗硫化腐蚀能力大大提高。
[0016] 本发明的优点在与：向合金中加入少量的耐H2S腐蚀性金属元素 Cr、Mo,由于Cr、 Mo具有较好的耐H2S腐蚀特性，通过真空扩散处理，在渗层表面形成富集，可以大大提高渗 层的耐H 2S腐蚀性，能够为用户生产出满足性能要求的高品质新型铝合金渗层产品。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 表1为不同含Cr、Mo量合金的设计名义成分。
[0018] 图1为添加不同Cr、Mo含量的合金镀层横截面扫描电子显微镜BSE照片；从图1 中可以看出，整个镀层分为内外两层：深灰色外层和浅灰色内层，内层呈舌状嵌入基体，夕卜 层中含有一定量的针状和层片状析出物；通过与扫描电子显微镜配套的能谱仪分析，外层 为纯铝层，针状析出物为铁铝化合物，层片状析出物为铁铝铬多元化合物，其含有一定量的 钥，内层为Fe 2Al5相；通过比较可以发现，随着熔池中Cr含量的增加，镀层中的层片状析出 物明显增多。
[0019] (1)合金一；（2)合金二；（3)合金三；（4)合金四。
[0020] 图2为不同Cr、Mo含量的合金镀层经过真空扩散处理后的合金渗层横截面扫描电 子显微镜BSE照片；结合能谱分析结果可知，渗层由表及里分别为Fe 2Al5层、FeAl2层、FeAl 层及i _Fe层，随着合金成分中添加 Cr含量的增多，渗层表面富集的Cr、Mo元素增多，并与 Fe、Al形成多元化合物。
[0021] (1)合金一；（2)合金二；（3)合金三；（4)合金四。
[0022] 图3为不同Cr、Mo含量的合金扫描电子显微镜BSE照片；根据实验要求，配得所 需成分的Al-Cr-Mo合金进行熔炼，所得的金相组织如图；从图3 (1)中可以发现纯A1的显 微组织主要是深色的I-A1相组织；图3 (2)中加入了 0. 5%的Cr后，合金组织中开始出现 枝晶状和颗粒状的Al-Cr二元共晶组织；随着Cr含量的进一步增加，如图3 (3)，合金中的 枝晶状二元共晶组织基本消失，颗粒状的共晶组织也逐渐减少，少量的层片状的Al-Cr共 晶组织开始出现；在图3 (4)中，当Cr含量达到了 2%时，合金中几乎全为！-Α1和层片状的 Al-Cr二元共晶组织。
[0023] (1)合金一；（2)合金二；（3)合金三；（4)合金四。
[0024] 图4为华中科技大学电化学工作站配套使用的correst电化学测试软件界面； 图5为不同Cr、Mo含量合金渗层电化学腐蚀速率；根据使用华中科技大学电化学腐蚀 工作站测得的腐蚀数据分析可知，发现Cr、Mo元素的加入能够提高热浸镀铝合金渗层的耐 腐蚀能力，当Cr含量达到2wt%时，相比于不含Cr、Mo的纯铝渗层，电化学腐蚀性能提高了 2倍以上。
【具体实施方式】
[0025] 本发明的钢材热浸镀铝合金由铝A1、铬Cr和钥Mo组成，是一种高耐蚀性的热浸镀 合金；其中，按重量比计，含有的Cr为0-2wt%，Mo为0-0. 3wt%，其余为A1。
[0026] 表 1
【权利要求】
1. 一种热浸镀Al-Cr-M0合金渗层，其特征在于：Cr的含量范围在0. 5-2wt%，Mo的含量 控制在0. 3wt%，其余为Al ;渗层组织由表及里分别为Fe2Al5层、FeAl2层、FeAl层及 κ -Fe层，随着合金成分中添加 Cr含量的增多，Cr、Mo在渗层表面富集。
2. 如权利要求1所述的一种热浸镀Al-Cr-Mo合金渗层的热浸镀方法，包括Al-Cr-Mo 合金熔炼的步骤、钢材基体预处理的步骤、钢材热浸镀的步骤和热浸镀样品的真空扩散处 理步骤，其特征在于：在合金Cr含量控制在0. 5-2wt%和Mo含量为0. 3wt%的Al-Cr-Mo熔 池中热浸镀，利用不同金属元素的扩散速率不同，对热浸镀样品进行真空扩散处理，即Cr、 Mo在真空扩散处理过程中，其扩散速率远低于Al，使得Cr、Mo元素在渗层表面富集。
3. 如权利要求2所述的一种热浸镀Al-Cr-Mo合金渗层的热浸镀方法，其特征在于，所 述Al-Cr-Mo合金熔炼的步骤为：Cr元素利用Al-5wt%Ni合金加入，将中频感应熔炼炉温设 置在800° C，先熔炼Al-5wt%Cr合金，待熔化后再加入Al、Mo,全部金属溶化后搅拌均匀， 最后将温度降低到热浸镀温度。
4. 如权利要求2所述的一种热浸镀Al-Cr-Mo合金渗层的热浸镀方法，其特征在于， 所述的钢材基体预处理步骤为：钢片预磨除锈；15wt%的Na(OH) 2溶液碱助镀洗除油， 70° C-90° C，3-5min ;清水冲洗；15wt%的盐酸溶液酸洗3min除锈；清水冲洗；助镀；干 燥。
5. 如权利要求4所述的一种热浸镀Al-Cr-Mo合金渗层的热浸镀方法，其特征在于，所 述助镀使用的助镀剂的成分为=K2ZrF 6 :100g/L、KCl :100g/L、NaF :lg/L，使用上述成分所配 置的水溶液对钢材基体进行助镀处理；助镀温度：90° C，助镀时间：2min。
6. 如权利要求2所述的一种热浸镀Al-Cr-Mo合金渗层的热浸镀方法，其特征在于，所 述热浸镀使用的工艺参数为：浸镀温度为710-730° C，浸镀时间为120-180S。
7. 如权利要求2所述的一种热浸镀Al-Cr-Mo合金渗层的热浸镀方法，其特征在于，热 浸镀样品的真空扩散处理的步骤为：将样品放入刚玉坩埚中并封装在真空度为〇. OOlPa的 石英管中；放入管式电阻炉中进行扩散，扩散工艺参数为：800-900° C保温l-5h。
【文档编号】C23C2/12GK104233150SQ201410454919
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】苏旭平, 陈海瑞, 彭浩平, 王建华, 陈小春, 涂浩, 刘亚, 吴长军 申请人:常州大学