專利名稱：直流電場(chǎng)加速固體粉末滲鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬零件表面化學(xué)熱處理的方法，特指一種用于金屬零件表面抗氧化、耐腐 蝕的直流電場(chǎng)加速固體粉末滲鋁的方法。
背景技術(shù)：
-將鋁元素滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝稱為滲鋁，滲鋁能夠在鋼材表面形成一層保護(hù) 涂層，使之具有抗氧化性、耐蝕性等優(yōu)良性能，從而在某些特定的環(huán)境下可以用普通滲鋁碳 素鋼代替不銹鋼，因此具有很重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，滲鋁工藝方法有固體粉末滲鋁法，熱浸滲鋁 法和氣相滲鋁法等，但使用比較多的主要是固體粉末法，熱浸滲鋁等。目前的固體粉末滲鋁根據(jù)零件性能要求及零件材質(zhì)的不同， 一般是在900 100(TC的范圍內(nèi)進(jìn)行高溫滲鋁，常用的保溫時(shí)間為6 10小時(shí)不等，獲得幾十到幾百微米的滲鋁層；根據(jù)齊寶森等編著，2006年北京化學(xué)工業(yè)出版社的《化學(xué)熱處理技術(shù)》，pp448，和丁慶如， "碳鋼固體粉末滲鋁工藝及應(yīng)用"，《石油工程建設(shè)》，1995年，No.5， pp32 35，這種工 藝存在處理溫度高、處理時(shí)間長(zhǎng)，滲劑利用率不高等不足；為了解決這些不足，降低滲鋁溫 度和滲鋁時(shí)間，開發(fā)節(jié)能高效滲鋁工藝為人們所關(guān)注。例如中國發(fā)明專利，200410009189.1 "一種加速制備合金涂層的方法"，該方法是利用熱能與機(jī)械撞擊的結(jié)合，形成合金涂層；專 利01107820.0，"機(jī)械能助滲表面改性技術(shù)"，利用滲劑和沖擊粒子在加熱滾筒內(nèi)對(duì)工件表面 沖擊，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能助滲金屬表面改性。上述兩種方法能夠降低粉末滲鋁溫度，減少保溫時(shí)間， 但是其工藝本身需利用機(jī)械震動(dòng)進(jìn)行，操作相對(duì)復(fù)雜。由于機(jī)械震動(dòng)本身也需消耗大量能量， 節(jié)能效果有待進(jìn)一步提高。由于目前的固體粉末滲鋁中活性鋁原子的產(chǎn)生是由于在高溫作用下滲劑熱分解而來，其 濃度與滲鋁溫度，滲劑中供鋁劑和活化劑含量等有著直接關(guān)系，鋁向零件表面的擴(kuò)散也主要 依賴于溫度的作用，向各處擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的幾率是一樣的，所以滲鋁時(shí)有相當(dāng)多的活性鋁原子滲 入滲箱的內(nèi)壁和零件的非工作表面，造成很大浪費(fèi)，從而存在處理溫度高、處理時(shí)間較長(zhǎng)、 滲劑利用率不高、成本較高等不足之處。發(fā)明內(nèi)容-本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提供一種直流電場(chǎng)加速固體粉末滲鋁的方法。本發(fā)明通過直流電場(chǎng)強(qiáng)化滲鋁劑反應(yīng)，促進(jìn)滲鋁劑的分解，加速活性鋁原子的有效擴(kuò)散 和吸收，顯著降低滲鋁溫度，加快滲速，提高供鋁劑的利用率，在500 80(TC范圍內(nèi)的不同 溫度，可實(shí)現(xiàn)粉末滲鋁，滲速得到顯著的提高。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的， 一種直流電場(chǎng)加速固體粉末滲鋁的方法，其特征為在供鋁劑、活化劑、催滲劑、填充劑等組成的固體粉末滲鋁劑中放置一個(gè)根據(jù)擬滲鋁零件外形設(shè)計(jì)的仿形板狀電極，以該電極為正極，零件為負(fù)極，兩極相互平行，兩極分別對(duì)應(yīng)連接在一個(gè)電壓在5 100V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的專用直流電源的正、負(fù)極上，仿 形板狀電極和零件與滲鋁劑一起密封在滲箱中，將滲箱置于箱式爐中加熱，溫度范圍為500 800°C，當(dāng)爐溫達(dá)到設(shè)定值后，在兩極間加上5 100V之間的電壓。 上述正、負(fù)極兩極極間距離為10 100mm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、 本發(fā)明克服了常規(guī)固體粉末滲鋁單純依賴滲劑受熱分解產(chǎn)生活性鋁原子之不足，利用 直流電場(chǎng)的物理作用促進(jìn)滲劑的分解，增加活性鋁原子的濃度和活性，在熱擴(kuò)散的同時(shí)，利 用板狀正極的特殊形狀和放置位置，直流電場(chǎng)還加快活性鋁原子向零件(負(fù)極)需滲鋁面的 定向擴(kuò)散，相對(duì)減少了滲箱內(nèi)壁與零件非工作面相對(duì)鋁原子的吸收，從而可以降低滲鋁溫度， 加快滲速，提高供鋁劑的利用率。2、 本發(fā)明使用與現(xiàn)行常規(guī)固體粉末滲鋁相同滲劑，可采用低溫加熱、短時(shí)保溫獲得與 常規(guī)滲鋁同樣的滲鋁層厚度。當(dāng)采用與常規(guī)滲鋁同樣的加熱溫度和保溫時(shí)間時(shí)，滲鋁層厚度 可增加3-8倍，從而節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本。相對(duì)其它現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明操作簡(jiǎn)單易行。


圖1為直流電場(chǎng)加速固體粉末滲鋁方法實(shí)施的示意圖。l.可控直流電源系統(tǒng)，2.導(dǎo)線，3.金屬工件(負(fù)極)，4.仿形電極板(正極)，5.滲箱，6. 滲鋁粉末滲劑
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的示意圖如圖l所示，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1:被滲材料45鋼，20鋼；滲鋁劑構(gòu)成供鋁劑(鋁鐵，含量60%)、活化劑(氯化銨， 含量1%)、填充劑(石英砂或氧化鋁，含量39%)。在上述物質(zhì)組成的固體粉末滲鋁劑中放置一個(gè)根據(jù)欲滲鋁零件外行設(shè)計(jì)的板狀電極，以該電極作為正極，以零件作為負(fù)極，兩極相互平行，板狀正極和被滲試樣間距離10mm，兩 極分別對(duì)應(yīng)連接在一個(gè)電壓在5 100V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的專用直流電源的正、負(fù)極上，板狀 電極和零件與粉末滲劑一起由密封在滲箱中，然后將滲箱置于箱式電阻爐中加熱，滲鋁溫度 為800'C，滲鋁時(shí)間4小時(shí)，當(dāng)爐溫達(dá)到設(shè)定值后，在兩極間加上5V的電壓。試驗(yàn)結(jié)果45鋼獲得200nm的滲鋁層，20鋼獲得215pm的滲鋁層。而現(xiàn)有的滲鋁工藝 方法采用相同滲劑配方，經(jīng)800'C， 4小時(shí)滲鋁，兩種材料幾乎不形成滲鋁層。 實(shí)施例2:被滲材料45鋼，20鋼；滲鋁劑構(gòu)成供鋁劑(鋁鐵，含量60%)、活化劑(氯化銨， 含量1%)、填充劑(石英砂或氧化鋁，含量39%)。在上述物質(zhì)組成的固體粉末滲鋁劑中放置一個(gè)根據(jù)欲滲鋁零件外行設(shè)計(jì)的板狀電極，以 該電極作為正極，以零件作為負(fù)極，兩極相互平行，板狀正極和被滲試樣間距離50mm，兩 極分別對(duì)應(yīng)連接在一個(gè)電壓在5 100V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的專用直流電源的正、負(fù)極上，板狀 電極和零件與粉末滲劑一起由密封在滲箱中，然后將滲箱置于箱式電阻爐中加熱，滲鋁溫度 為65(TC，滲鋁時(shí)間4小時(shí)，當(dāng)爐溫達(dá)到設(shè)定值后，在兩極間加上50V的電壓。試驗(yàn)結(jié)果45鋼獲得180pm的滲鋁層，20鋼獲得160nm的滲鋁層。而現(xiàn)有的滲鋁工藝 采用相同滲劑配方，經(jīng)65(TC， 4小時(shí)滲鋁，兩種材料幾乎不形成滲鋁層。實(shí)施例3:被滲材料45鋼，滲鋁劑構(gòu)成供鋁劑(鋁鐵，含量60%)、活化劑(氯化銨，含量1%)、 填充劑(石英砂或氧化鋁，含量39%)。在上述物質(zhì)組成的固體粉末滲鋁劑中放置一個(gè)根據(jù)欲滲鋁零件外行設(shè)計(jì)的板狀電極，以 該電極作為正極，以零件作為負(fù)極，兩極相互平行，板狀正極和被滲試樣間距離100mm，兩 極分別對(duì)應(yīng)連接在一個(gè)電壓在5 100V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的專用直流電源的正、負(fù)極上，板狀 電極和零件與粉末滲劑一起由密封在滲箱中，然后將滲箱置于箱式電阻爐中加熱，滲鋁溫度 為50(TC，滲鋁時(shí)間4小時(shí)，當(dāng)爐溫達(dá)到設(shè)定值后，在兩極間加上100V的電壓。試驗(yàn)結(jié)果45鋼獲得30^un的滲鋁層，而現(xiàn)有的滲鋁工藝采用相同滲劑配方，經(jīng)50(TC， 4小時(shí)滲鋁，幾乎不形成滲鋁層。
權(quán)利要求
1、一種直流電場(chǎng)加速固體粉末滲鋁的方法，其特征是在供鋁劑、活化劑、催滲劑、填充劑等組成的固體粉末滲鋁劑中放置一根據(jù)欲滲鋁零件外形設(shè)計(jì)的仿形板狀電極，以該電極作為正極，以零件作為負(fù)極，兩極相互平行，兩極分別對(duì)應(yīng)聯(lián)接在一個(gè)可調(diào)的專用直流電源的正、負(fù)極上，仿形板狀電極和零件與滲鋁劑一起密封在滲箱中，將滲箱置于箱式電阻爐中加熱，溫度范圍為500～800℃，當(dāng)爐溫達(dá)到設(shè)定值后，在兩極間加上5～150V的電壓。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電場(chǎng)加速固體粉末滲鋁的方法，其特征在于 上述正、負(fù)極兩極極間距離為5 50mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直流電場(chǎng)加速固體粉末滲鋁的方法，其采取在固體粉末滲鋁劑中相對(duì)零件欲滲鋁面平行放置的仿形板狀電極作為電場(chǎng)正極，以需滲鋁金屬件作為負(fù)極，正負(fù)電極與滲鋁劑裝入滲箱中密封，置于箱式爐中加熱，同時(shí)在需滲鋁金屬件與正極間施加直流電場(chǎng)，即可實(shí)現(xiàn)快速滲鋁。本發(fā)明與現(xiàn)行固體滲鋁相比，在500～800℃范圍的不同溫度，可實(shí)現(xiàn)粉末滲鋁且能夠顯著提高滲速，可提高固體粉末滲鋁速度、降低滲鋁溫度、提高滲鋁劑的利用率。
文檔編號(hào)C23C10/48GK101255542SQ20081001892
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者周正華, 靜 胡, 飛 謝 申請(qǐng)人:江蘇工業(yè)學(xué)院