钢的一种高效经济的铬铝硅共渗技术制造技术

本发明专利技术为一种在钢表面高效经济地同时渗入铬铝硅的技术，以提高钢的抗高温氧化性和耐磨性。该技术的共渗处理温度在750℃到900℃之间，共渗剂由高碳铬铁粉、铝粉、铁粉、碳化硅、氯化铵粉和木炭粉等组成；利用交流电场促进高碳铬铁、碳化硅、铝粉等与氯化铵反应，在低于传统处理温度条件下获得高浓度活性铬原子、硅原子、铝原子；以交流电场的热作用和电磁作用来有效提高铬、铝、硅在较低处理温度时的共渗速度；通过调节铁粉加入量来稳定共渗工艺并调节渗层中硅的渗入量。较之传统铬铝硅共渗工艺，本发明专利技术技术的处理温度较低，原料价格较低廉，可以大幅度节约工艺材料成本，共渗速度最高可提高6倍，实现了高效经济的铬铝硅共渗。

A highly efficient and economical technology of chromium aluminosilicate in steel

The invention is a technology for efficiently and economically infiltrating CR Al Si on the steel surface, so as to improve the high temperature oxidation resistance and wear resistance of the steel. The co permeation temperature of the technology is between 750 and 900. The co permeable agent is made up of high carbon chromium iron powder, aluminum powder, iron powder, silicon carbide, ammonium chloride powder and charcoal powder. The exchange electric field is used to promote the reaction of high carbon ferrochromium, silicon carbide and aluminum powder with ammonium chloride, and the high concentration of active chromium is obtained under the condition of lower temperature than the traditional treatment temperature. The co infiltration rate of chromium, aluminum and silicon at low temperature was improved by the thermal and electromagnetic interaction of AC electric field, and the infiltration rate of silicon in the permeation layer was adjusted by adjusting the amount of iron powder to stabilize the infiltration process. Compared with the traditional chromizing and aluminosilizing process, the technology has low treatment temperature and low price of raw materials. It can greatly save the cost of process materials and increase the maximum co infiltration rate by 6 times, thus achieving high efficiency and economic chromizing and aluminosilicate.

【技术实现步骤摘要】
钢的一种高效经济的铬铝硅共渗技术
：本专利技术属于对金属零件表面进行改性的技术，特指一种用于提高钢铁材料零件表面耐磨、抗高温氧化及耐蚀性能的节能高效制备铬铝硅复合渗层的方法。
技术介绍
：粉末法铬铝硅共渗技术是采用粉末渗剂将铬、铝、硅三种元素同时渗入钢铁材料制作的工件表层，形成铬铝硅三元共渗层，主要用于提高工件的抗高温氧化性和耐蚀性。粉末法铬铝硅共渗过程一般由渗剂分解产生活性铬、铝、硅原子或含铬、铝、硅的活性基团，活性原子/活性基团扩散，在被渗工件表面吸附和反应，最终在工件表层形成含铬、铝、硅的化合物/固溶体。在高温氧化的条件下，被渗工件表面可以形成三氧化二铬、三氧化二铝、二氧化硅复合氧化层，能够有效提高工件的抗高温氧化性；在腐蚀介质中，渗层中的铬和硅能够大幅度提高工件的耐蚀性。在传统粉末法铬铝硅共渗中，活性硅原子/活性含硅基团主要由价格较高的硅铁/硅粉提供，在很大程度上增加了工艺成本；另外，在传统铬铝硅共渗中，活性原子/活性基团的产生、扩散、吸附和反应过程都依赖于加热温度，所以提高渗速的主要手段是提高加热温度和延长加热保温时间，这样不仅使得能耗增加，同时过高的加热温度和长时间的加热保温还会降低大部分被处理工件基体的机械性能。而在采用传统共渗剂的一般电场粉末法铬铝硅共渗中，还存在渗扩过程中电场参数不稳定，控制难度大，共渗层厚度和组分较难调控的问题。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服传统粉末法铬铝硅共渗技术的不足之处，提供一种新的高效经济铬铝硅共渗技术。本技术通过下列技术方案来实现。在铬铝硅共渗阶段，通过在密封渗罐中放置一对平行电极，被渗工件置于平行电极之间，共渗剂填满渗罐，通过平行电极对渗剂和被渗工件施加交流电场，渗剂由1～25％高碳铬铁粉、0.5～8％铝粉、1～20％铁粉、45～95.5％碳化硅粉、1％氯化铵粉和1％木炭粉构成，渗扩加热温度范围为750～900℃，电场电流范围为0.5～8A，保温时间为2～6小时。保温结束后，渗罐随炉冷却至室温，取出工件。本专利技术的主要优点在于渗剂中的铁粉一方面可以提高渗剂的导电性，节约能源并提高电场作用的稳定性；另一方面在渗剂反应中，铁粉可以与一定量活性硅原子/含硅基团结合，从而调控渗层中硅含量，以保证渗层质量。同时，利用电场作用，促进碳化硅与氯化铵粉反应，在不添加硅铁/硅粉的条件下，可产生足量的活性硅原子/基团，降低成本；廉价氯化铵可以活化工件表面；交流电磁场的热作用、感应作用及交流电的“集肤”效应增加渗剂活性和被渗零件表层的扩散通道，加快扩散，提高渗速。具体实施方式：实施例1：渗材料：45钢；铬铝硅共渗剂组成：供铬剂(高碳铬铁，含量为1％)、供铝剂(铝粉，含量为2％)、工艺稳定剂(铁粉，含量为2％)、供硅剂和填充剂(碳化硅，含量为93％)；活化剂(氯化铵粉，含量为1％)；防烧结剂(木炭粉，含量为1％)。对照实验渗剂配方：1％高碳铬铁粉、2％铝粉、95％碳化硅粉、1％氯化铵和1％木炭粉。将样品置于渗罐中两个平行的板状电极之间，两电极分别由导线联接在一个电压在0～250V范围连续可调的50Hz交流电源上，电极和样品与铬铝硅共渗剂一起密封在渗罐中，置于炉中从室温升至800℃，在两极间分别施加2A的交流电流，保温4小时，炉冷至室温，取出样品。未加铁粉的对比实验在施加电场过程中，须在100～150V电压下保持20分钟后，电场电流才能达到2A，其后电压缓慢降低，实验结束时，稳定电压为60V；而添加铁粉的实验在施加电场过程中，在100～150V下保持15分钟就可使电流达到2A，其后电压缓慢降低，实验结束时，稳定电压为45V。采用含2％铁粉的共渗剂，所得渗层表层维氏硬度达到HV430，比不加铁粉的硬度提高100HV；同时，渗层表层硅原子含量降低，改善了渗层韧性。实施例2：被渗材料：45钢；铬铝硅共渗剂组成：供铬剂(高碳铬铁，含量为5％)、供铝剂(铝粉，含量为0.5％)、工艺稳定剂(铁粉，含量为1％)、供硅剂和填充剂(碳化硅，含量为91.5％)；活化剂(氯化铵粉，含量为1％)；防烧结剂(木炭粉，含量为1％)。共渗方法及装置同实施例1。共渗温度800℃、保温时间4小时、电场为0.5A。对比实验为采用相同渗剂、未加电场的常规铬铝硅共渗。施加电场的试样获得～108μm的铬铝硅共渗层，渗层物相主要有Fe3Si，Al0.3Fe3Si0.7和CrFe8Si，而相同配方下，未施加电场作用的试样表面渗层厚度仅为～76μm，渗层表层物相中不含Si。将两种试样置于800℃下高温氧化50小时，电场处理试样的单位面积增重只有常规共渗试样的1/2，抗高温氧化性能得到大幅提升。实验例3：被渗材料：45钢；铬铝硅共渗剂组成：供铬剂(高碳铬铁，含量为5％)、供铝剂(铝粉，含量为0.5％)、工艺稳定剂(铁粉，含量为10％)、供硅剂和填充剂(碳化硅，含量为82.5％)；活化剂(氯化铵粉，含量为1％)；防烧结剂(木炭粉，含量为1％)。对比实验的渗剂中不含铁粉(以等量碳化硅替代)。共渗方法及装置同实施例1。共渗温度分别为750℃和900℃、保温时间为6小时，电场电流为2A。经750℃共渗后，XRD分析表明，经不含铁粉渗剂处理试样表层主要是Fe3Si相，而添加10％铁粉的实验试样表层主要是Cr和Al0.3Fe3Si0.7；当经900℃共渗后，两种渗剂条件下，试样渗层厚度均约是750℃时的3倍，达到～360μm，但经含铁粉渗剂处理试样的相组成中Si含量降低。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对钢制工件进行高效经济铬铝硅共渗的方法，其特征是：先将工件与铬铝硅共渗剂用耐火泥密封在耐热钢渗罐中，在750～900℃下加热保温，通过在渗罐内设置一对平行电极对共渗剂和工件施加交流电场，对工件进行交流电场增强粉末法铬铝硅共渗，交流电场电流为0.5～5A，保温时间为2～6h，获得厚度为75～360μm的共渗层。

【技术特征摘要】
1.一种对钢制工件进行高效经济铬铝硅共渗的方法，其特征是：先将工件与铬铝硅共渗剂用耐火泥密封在耐热钢渗罐中，在750～900℃下加热保温，通过在渗罐内设置一对平行电极对共渗剂和工件施加交流电场，对工件进行交流电场增强粉末法铬铝硅共渗，交流电场电流为0.5～5A，保温时间为2～6h，获得厚度为75～360μm的共渗层。2.实现权利要求1所述的铬铝硅共渗剂，由供铬剂、供铝剂、供硅剂、工艺稳定剂、活化剂(1％NH4Cl)、防烧结剂(1％木炭粉)及填充剂等构成。3.实现权利要求1和2所述的铬铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢飞，徐少强，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32