一种不锈钢表面高频感应脉冲加热快速渗铬涂层制备方法技术

本发明专利技术公开了一种不锈钢表面高频感应脉冲加热快速渗铬涂层制备方法，该方法包括：一、将不锈钢的表面进行处理得到洁净不锈钢基材；二、对洁净不锈钢基材表面进行喷丸纳米化处理；三、预置渗铬粉末层；四、高频感应脉冲加热在不锈钢基材表面制备得到渗铬涂层。本发明专利技术通过对不锈钢基材进行喷丸纳米化处理形成喷丸活化层，结合在其表面预置渗铬粉末层并进行高频感应脉冲加热，利用感应加热的趋肤效应诱发基材避免快速形成扩渗通道并经扩散反应形成渗铬涂层，有效防止了不锈钢基材组织晶粒的长大、粗化，提高了渗铬后不锈钢表面的耐磨和耐腐蚀性能，且制备周期短、制备效率高，使其适用于核用不锈钢结构件。于核用不锈钢结构件。于核用不锈钢结构件。

【技术实现步骤摘要】
一种不锈钢表面高频感应脉冲加热快速渗铬涂层制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料表面改性
，具体涉及一种不锈钢表面高频感应脉冲加热快速渗铬涂层制备方法。

技术介绍

[0002]随着核电技术的发展，第四代核反应堆快中子反应堆对核用奥氏体不锈钢结构材料的表面性能提出更高的要求。快堆中冷却剂温度达到500℃，奥氏体不锈钢虽然具有良好的腐蚀性、耐热性和加工性能，但奥氏体不锈钢的强度低、耐磨性差，难以在核反应堆环境中长期使用。为提高奥氏体不锈钢的耐磨性和耐腐蚀性，常用的奥氏体不锈钢表面处理方法有渗碳、渗氮、渗铬等方法，但渗碳和渗氮方法获得强化层的厚度较薄，难以满足快堆环境中长期服役的条件，相比而言渗铬层强化层厚度较厚，具有良好的稳定性和耐磨性，常被用于核用不锈钢结构件的表面强化。
[0003]目前，核用奥氏体不锈钢表面渗铬的方法主要采用固体粉末包埋法，固体包埋渗是一种化学热处理渗铬方法，该方法将工件利用固体粉末渗剂包埋后放置于密闭容器，将密闭容器经过加热、保温和扩散退火等工序，实现不锈钢表面渗铬层的制备。因此，该方法具有操作简单，对生产设备要求低，渗层厚度均匀，生产成本低等优点。然而，固体包埋渗方法有个无法避免的缺点：扩渗过程中工件整体置于扩渗炉中，由于固体包埋渗铬温度大于1000℃，扩渗保温时间长达10小时以上，渗后奥氏体不锈钢基体晶粒严重粗化，导致奥氏体不锈钢基材的力学性能恶化。
[0004]目前，固体包埋渗技术在金属材料扩渗过程中引起的金属基材晶粒粗大问题是该技术的瓶颈问题，尽管有研究者从催化剂、渗剂、金属基材表面活化等方面探索低温固体包埋渗工艺，当受限于固体包埋渗技术依靠高温驱动扩散形成渗层的固有工艺特性，尚无有效的方法大幅度降低扩渗温度，无法解决金属基材晶粒粗大问题。
[0005]高频感应加热技术是加热导体材料的一种方法，它主要用于金属热加工、热处理、焊接和熔化，感应加热最大的特点就是“趋肤效应”，当金属导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在金属导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小，使金属导体的表面快速加热，短时间内达到所需的温度，而金属导体内部较低导，它使电流集中于工件表层，在金属表层上产生一个选择性很高的热源。感应加热不要求外部热源，而是利用受热工件自身作为热源，这个方法也不要求工件与感应线圈接触，因此在加热领域具有广阔的应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种不锈钢表面高频感应脉冲加热快速渗铬涂层制备方法。该方法通过对不锈钢基材进行喷丸纳米化处理形成喷丸活化层，结合在其表面预置渗铬粉末层并进行高频感应脉冲加热，利用感应加热
的趋肤效应诱发基材避免快速形成扩渗通道并经扩散反应快速形成渗铬涂层，有效防止了不锈钢基材组织晶粒的长大、粗化，解决了固体包埋渗技术导致的晶粒组织粗化、力学性能恶化的问题，提高了渗铬后不锈钢表面的耐磨和耐腐蚀性能。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种不锈钢表面高频感应脉冲加热快速渗铬涂层制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0008]步骤一、将不锈钢的表面依次进行除油、除锈和清洗处理，得到洁净不锈钢基材；
[0009]步骤二、将喷丸粉末装入冷喷涂高压送粉器中，然后将步骤一中得到的洁净不锈钢基材固定，并调整洁净不锈钢基材与冷喷涂高压送粉器的冷喷嘴之间距离，再对洁净不锈钢基材表面进行喷丸纳米化处理；
[0010]步骤三、将渗铬粉末和乙酸乙酯混合后，在步骤二中经喷丸纳米化处理后的不锈钢基材表面预置渗铬粉末层；
[0011]步骤四、将步骤三中预置渗铬粉末层的不锈钢基材放置在感应线圈下，并调节预置渗铬粉末层与感应线圈的距离为10mm，然后进行高频感应脉冲加热至预置渗铬粉末层温度为1150℃～1200℃，在不锈钢基材表面制备得到渗铬涂层。
[0012]本专利技术先将不锈钢表面依次进行除油、除锈和清洗处理，去除不锈钢金属表面的杂质，防止杂质对后续喷丸强化造成影响；然后对不锈钢基材进行喷丸纳米化处理形成喷丸活化层，以增加其表面活性，再在其表面预置渗铬粉末层，并置于感应线圈下进行高频感应脉冲加热，利用感应线圈在锈钢基材表面快速产生的趋肤效应加热，诱发预置的渗铬粉层与不锈钢基材表面喷丸活化层之间快速形成扩渗通道，实现扩散反应形成渗铬涂层，同时由于高频感应脉冲加热的热量集中于不锈钢基材表面，且温升较快，不锈钢基材内部温度来不及升高，低于晶粒生长的温度，有效防止了不锈钢基材组织晶粒的长大、粗化，解决了固体包埋渗技术存在的扩渗后零件晶粒组织粗化、力学性能恶化的问题，并有效发挥渗铬涂层的作用，提高了不锈钢表面的耐磨和耐腐蚀性能。
[0013]同时，高频感应脉冲加热方式的短时间保温、多周期循环特性有利于缩短加热时间，在快速获得渗铬涂层的同时，进一步减少了对不锈钢基材组织晶粒的粗化作用，从而保证了渗铬后不锈钢的力学性能。
[0014]上述的一种不锈钢表面高频感应脉冲加热快速渗铬涂层制备方法，其特征在于，步骤一中所述不锈钢为奥氏体不锈钢。本发采用核反应堆中的关键结构材料常用的奥氏体不锈钢如316L、316H等作为基材，快速制备得到渗铬涂层且避免了基材组织晶粒的粗化和力学性能的恶化，提高其耐磨和耐腐蚀性能，使其更适用于核反应堆材料，提高了本专利技术制备方法的实用性。
[0015]上述的一种不锈钢表面高频感应脉冲加热快速渗铬涂层制备方法，其特征在于，步骤二中所述喷丸粉末为球形金属粉末，且粒度为10μm～50μm，硬度不小于200HV；所述喷丸纳米化处理的喷丸压力为2MPa，喷涂载气预热温度为300℃。本专利技术通过控制喷丸粉末的形状、粒度、硬度以及对应喷丸纳米化处理的喷丸压力、喷涂载气预热温度，使得喷丸粉末颗粒获得常规喷丸技术无法达到的超音速态，冲击不锈钢基材后在不锈钢基材表面获得纳米晶活化层，保证了感应加热扩渗过程中扩散通道的快速形成。
[0016]上述的一种不锈钢表面高频感应脉冲加热快速渗铬涂层制备方法，其特征在于，步骤三中所述渗铬粉末的质量含量组成为：铬粉50％，氧化铝粉45％，NH4Cl 5％，其中铬粉
的质量纯度大于99％。本专利技术通过控制渗铬粉末的组成含量，使其适用于感应加热快速渗铬工艺，保证了扩散反应形成渗铬涂层过程的快速进行。
[0017]上述的一种不锈钢表面高频感应脉冲加热快速渗铬涂层制备方法，其特征在于，步骤三中所述渗铬粉末和乙酸乙酯按照1:1的体积比混合，且混合后的渗铬粉末粒径为50μm～100μm；所述预置的渗铬粉末层厚度为1mm～2mm。本专利技术通过控制限定渗铬粉末粒径，防止感应加热快渗后渗铬粉末在样品表面粘附，从而易于清理；通过限定预置的渗铬粉末层厚度，保证了后续快速渗铬过程的进行。
[0018]上述的一种不锈钢表面高频感应脉冲加热快速渗铬涂层制备方法，其特征在于，步骤四中所述感应线圈为平面线圈或环形线圈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不锈钢表面高频感应脉冲加热快速渗铬涂层制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将不锈钢的表面依次进行除油、除锈和清洗处理，得到洁净不锈钢基材；步骤二、将喷丸粉末装入冷喷涂高压送粉器中，然后将步骤一中得到的洁净不锈钢基材固定，并调整洁净不锈钢基材与冷喷涂高压送粉器的冷喷嘴之间距离，再对洁净不锈钢基材表面进行喷丸纳米化处理；步骤三、将渗铬粉末和乙酸乙酯混合后，在步骤二中经喷丸纳米化处理后的不锈钢基材表面预置渗铬粉末层；步骤四、将步骤三中预置渗铬粉末层的不锈钢基材放置在感应线圈下，并调节预置渗铬粉末层与感应线圈的距离为10mm，然后进行高频感应脉冲加热至预置渗铬粉末层温度为1150℃～1200℃，在不锈钢基材表面制备得到渗铬涂层。2.根据权利要求1所述的一种不锈钢表面高频感应脉冲加热快速渗铬涂层制备方法，其特征在于，步骤一中所述不锈钢为奥氏体不锈钢。3.根据权利要求1所述的一种不锈钢表面高频感应脉冲加热快速渗铬涂层制备方法，其特征在于，步骤二中所述喷丸粉末为球形金属粉末，且粒度为10μm～50μm，硬度不小于200...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨理京，王少鹏，王培，刘林涛，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：