一种粉体输送低碳钢管表面强化用锌钛共渗剂和共渗方法技术

技术编号:39501697 阅读:7 留言:0更新日期:2023-11-24 11:32
本发明专利技术属于表面化学热处理领域,具体涉及一种粉体输送低碳钢管表面强化用锌钛共渗剂和共渗方法,锌钛共渗剂包括如下重量百分比组分,锌粉

【技术实现步骤摘要】
一种粉体输送低碳钢管表面强化用锌钛共渗剂和共渗方法


[0001]本专利技术属于表面化学热处理领域,具体涉及一种粉体输送低碳钢管表面强化用锌钛共渗剂和共渗方法


技术介绍

[0002]低碳钢为碳含量低于
0.25%
的碳素钢,因其强度与硬度适中低

韧性较好

成本低等优点被广泛应用于工业机械制造中,常被用作粉末输送管道,但在其用作腐蚀性原料的输送管道时,低碳钢管易出现快速腐蚀导致难以满足使用工况要求,且在钢管道弯头等过渡区域,粉末或料浆的冲击强度显著增大,低碳钢管往往在此区域优先出现磨损

甚至磨穿失效

因此,面对这些特殊需求与特定部位,低碳钢管的硬度

耐腐蚀性

耐磨性能性能需要进一步提高,以满足特殊工况的应用需求

在低碳钢表面合金化以及涂覆涂层是提高耐腐蚀性能与表面硬度

耐磨性,进而延长其使用寿命的有效途径

[0003]气体渗

粉末包埋渗技术均具有成本较低,沉积体积大,可以同时沉积多种元素等优势,可以对形状尺寸复杂

含内表面的钢管进行表面强化,以提高钢管的强度和耐磨耐腐蚀性

对于低碳钢管而言,在表面硬化方面,较为经济有效的方式是表面渗碳处理,可在一定程度上提高钢管表面硬度,但无法提升其耐腐蚀性能;在表面耐腐蚀方面,热镀锌是钢材常用的低成本处理方案,锌层所具有的强耐腐蚀性使得渗锌层成为保护钢管的有效途径之一,同时锌层也可以通过牺牲阳极的电化学保护作用来进一步提高钢管的耐腐蚀性能,但热镀锌法对钢材耐磨性能提升不大

尤其是,粉体传输用钢管对内表面质量要求较高

耐磨耐腐蚀性能要求较普通工业用低碳钢更高,因此仍需针对性开发低碳钢管表面强化专用技术

[0004]在低碳钢管表面渗碳强化的基础上增加多元共渗工艺,是进一步提高低碳钢管表面耐磨性

耐腐蚀性的潜在方案,通过表面渗碳工艺在低碳钢管表面形成高碳硬化层,同时在多元共渗过程中,通过活化剂活化处理,活性碳原子逸出,可与共渗金属形成碳化物强化相,进一步提高低碳钢管表面硬度与耐磨性

同时,多元共渗可以显著提升渗锌层耐蚀能力,以
Zn
为主元素,以其他耐腐蚀的合金元素(如
Ti、Al
等)为辅元素,可赋予渗层更加优良的耐蚀性能,钢管表面的锌钛共渗可发挥多金属元素的协同作用,来增强钢管的耐磨

耐腐蚀性能

[0005]粉末渗锌工艺的
BP 模型及锌钛渗层组织与耐蚀性研究,龙君碧的湘潭大学硕士论文公开了一种多元共渗工艺,其使用的锌钛渗剂成分为锌粉
60%、
钛粉0‑
10%、
氯化铵
2%
和氧化铝
28

32%
,保温温度设置为
460

500℃。
通过实验因素对效果的影响的分析,为使
Ti

Zn

Fe
形成固溶体或金属间化合物,选择
460℃~500℃
为共渗温度

在高于
Zn
熔点的保温温度下,为了避免
Zn
的溶解粘结,应降低
Zn
的百分比,提高
Al2O3百分比,使
Zn
的熔点提高

关于
Ti
的含量对效果的影响,其认为,
460℃

0%Ti、460℃

6%Ti、480℃

0%Ti、480℃

6%Ti、500℃

0%Ti
的渗层表面没有检测到
Ti
,表面均匀

平整

随着 Ti 含量的增加和加热温度的升高,在
460℃

8%Ti、460℃

10%Ti、480℃

8%Ti、480℃

8%Ti、500℃

6%Ti、500℃

8%Ti、500


10%Ti 条件下,渗层表面能检测到 Ti
,且
Ti
含量分布不均,富
Ti
区域的整个结构呈现松散且高度多孔,空隙范围在
0.5
μ
m~1
μ
m
,但无可见微裂纹

在同一保温温度下,
Ti
含量越高,表面松散多孔的富
Ti
区就越多,会从局部扩散覆盖到整个表面


Ti
含量增加为
8%

10%
,渗层表面孔洞越来越明显,数量也越多

渗剂中
Ti
含量高于
6%
时,所制备的锌钛渗层具有双层结构,最外层是
Zn

Ti

Fe
层,最内层是
Zn

Fe


其中
Zn

Ti

Fe
层是通过
Ti
置换
Zn

Fe
层的
Zn
进行沉积,以及吸引
Zn

Fe
层的
Fe

Zn

Ti

Fe
层大量扩散形成的

保温温度越高或
Ti
含量越多,锌钛渗层厚度呈减少的规律

锌钛渗层表面具有相对疏松和多孔的结构,这些孔洞是
Zn
在高于熔点时蒸发形成的

且随着
Ti
含量的增加或保温温度的升高,具有多孔结构的区域明显增加

通过电化学测试发现,基体

渗锌层
、Zn

Ti 渗层的腐蚀电流密度依次降低,说明渗锌层与
Zn

Ti
渗层均能显著提高铁基材料的耐蚀性,且
Zn

Ti 渗层的耐腐蚀性能强于渗锌层

[0006]然而,上述多元共渗方案均没有针对低碳钢管的服役环境,仅考虑耐腐蚀性能,没有考虑涂层硬度与耐磨性,且锌钛共渗方案难以在更低温度实现处理且能提高耐磨性的钛元素渗入量有限,因此需要开发适用于粉体输送用低碳钢管的兼顾耐磨性能与耐腐蚀性能的多元共渗方案
。本文档来自技高网
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种粉体输送低碳钢管表面强化用锌钛共渗剂,其特征是,包括如下重量百分比组分,锌粉
50

59
%,钛粉
10.5

14.5
%,氯化铵
3.1

4.5
%,稀土氧化物
0.1
~1%,余量为三氧化二铝,所述稀土氧化物为
Nd2O3、CeO2、Yb2O3中的一种或几种
。2.
如权利要求1所述的锌钛共渗剂,其特征是,包括如下重量百分比组分,锌粉
58
%,钛粉
13
%,氯化铵
3.5
%,稀土氧化物
0.6
%,余量为三氧化二铝
。3.
如权利要求2所述的锌钛共渗剂,其特征是,所述稀土氧化物为
Nd2O3。4.
一种共渗方法,其特征是,将粉体输送低碳钢管先渗碳处理后再进行锌钛共渗处理,所述锌钛共渗处理时使用如权利要求1‑3任一项所述的锌钛共渗剂,处理温度为
420

4...

【专利技术属性】
技术研发人员:段臻梁德超李林波张鑫袁键礼李港辉
申请(专利权)人:广东智子智能技术有限公司
类型:发明
国别省市:

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