專利名稱：一種用助鍍劑改善碳鋼與鎳基合金結合界面的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于冶金技術領域，涉及一種用助鍍劑改善普通碳鋼與鎳基合金結合 界面的方法。
背景技術：
目前制備鎳基涂層的方法有熱噴涂法、真空熔覆法等，但是都有自身的局限 性。如熱噴涂法制備的鎳基涂層空隙率比較大，且對環(huán)境污染比較嚴重，涂層 質量低等；真空熔覆所用設備昂貴，生產周期長，存在著一定元素揮發(fā)現(xiàn)象等。 本發(fā)明人用熱浸鍍的方法制備鎳基耐磨耐蝕涂層現(xiàn)在已經取得了很大突破(一種 鎳基耐磨耐蝕合金熱浸鍍方法，申請?zhí)?00510011589.6)，熱浸鍍鎳基合金技 術最大的優(yōu)點就是成本低，生產周期短，生產效率高，對環(huán)境污染小等。鎳基涂 層具有優(yōu)良的耐磨耐蝕性，可以起到用極少量的材料起到大量、昂貴的整體材料 難以起到的作用，極大地降低產品的加工成本，從而達到提高包裝產品質量、延 長使用壽命、節(jié)約資源和能源。熱浸鍍鎳基合金的基本工藝是將鋼基體進行表 面預處理，使其露出新鮮且?guī)в幸欢ù植诙鹊谋砻?，然后將其浸入具有氣氛保護 且溫度范圍在98(TC 115(TC的鎳基鍍液中，浸鍍時間為0.5 60s，然后將基體 從鍍液中取出，在真空或者惰性氣體保護下進行自然冷卻，得到鎳基合金鍍層。 該發(fā)明所用的鎳基合金成分按重量百分比為Cr: 5 20%， B: 1 6%， Si: 1 6%，
C: 0 1.1%， Fe: S10%， Ni:余量。但是目前熱浸鍍鎳基合金存在鋼基體與鎳
基鍍層結合效果不好，結合力不高的缺點。
熱浸鍍技術在工業(yè)生產中已得到廣泛的應用，用于在鋼材表面鍍鋅或鋁，起 到鋼材表面防腐的作用。目前熱浸鍍鋅鋁中使用的助鍍劑基本是水溶液助鍍劑， 基本工藝是先將酸洗后的鋼材在水溶液助鍍劑中浸漬適當時間，經干燥后其表面 形成一層保護膜，再在熔融的鋅鋁合金鍍液中浸鍍。從目前公開發(fā)表的資料來看， 熱浸鍍鋅鋁過程中使用的水溶液助鍍劑有
(1)含ZnCl291 97%， NH4C13 9n/。和適量的NaF及其它氟化物的水溶 液；(2) 含ZnCl285 92。/。和適量NaF、 NH4F的水溶液；
(3) 含ZnCl2280 300g / L， NH4C1200 220g / L和NH4F44 60g / L的 水溶液；
(4) 含ZnCl2400 420 g / L， NH4C180 100g / L和KC110 12g / L的水溶液。
上述各種水溶液助鍍劑中的氯化鋅氨復鹽含量高，在熱浸鍍過程中，氯化銨 分解成NH3和HC1，產生的這些氣體不僅會使鋼基體局部難鍍覆，其表面出現(xiàn)鍍 層不連續(xù)(漏鍍)現(xiàn)象，而且會降低鋼基體與鍍層之間的結合效果，影響鍍層的 質量。因此，這些助鍍劑都不適合在熱浸鍍鎳基合金中使用。再加上鋅鋁的浸鍍 的溫度都比較低，熱浸鍍鋅鋁中使用的助鍍劑滿足不了熱浸鍍鎳基合金的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種適合于熱浸鍍鎳基過程中使用的助鍍劑，以克服熱 浸鍍鎳基合金存在鋼基體與鎳基鍍層結合效果不好，結合力不高的缺點。
本發(fā)明的用助鍍劑改善普通碳鋼與鎳基合金結合界面的方法為鋼基體表面
經過噴砂預處理，然后通過浸泡覆蓋一層助鍍劑，在110 16(TC烘干助鍍劑中 的水分和結晶水之后，浸入到鎳基合金鍍液中，再從鍍液中取出，空冷得到鎳基 合金涂層。
本發(fā)明所用的鎳基合金成分可以是按重量百分比為Cr: 5 20%， B: 1 6%， Si: 1 6%， C: 0 1.1%， Fe: S10%， Ni:余量。該鎳基合金的浸鍍溫度為980 °C 1150°C,浸鍍時間為0.5 60s。
采用的助鍍劑成分重量百分比為5% 15%的KF和10% 30%的KC1復合 水溶液或者是助鍍劑為5% 10%的KF、 1% 10%的KC1和5% 20%的K2ZrF6 復合水溶液。
具體步驟如下 一、鋼基體表面預處理
鋼基體表面在運輸和儲藏過程中會有油污、鐵銹和氧化皮，在其表面熱浸鍍 鎳基合金前必須進行充分清洗。因此為了得到新鮮的鋼基體表面，采用噴砂處理 來除去鋼基體表面的油污、鐵銹和氧化皮，同時可以得到新鮮且粗糙的鋼基體表 面，增大了鋼基體與涂層之間的接觸面積，有利于提高鋼基體與鎳基涂層之間的界面結合強度。在噴砂過程中，將壓縮空氣的壓力控制在200 300KPa，采用粒 徑在900 1200微米的剛玉砂作為磨料。
二、 助鍍劑的使用
采用助鍍劑成分重量百分比為5% 15%的KF和10% 30%的KC1復合水 溶液助鍍劑或者是5% 10%的KF、 1% 10%的KC1和5% 20%的K2ZrFs復合 水溶液助鍍劑浸泡鋼基體，在50'C 8(TC中的助鍍劑水溶液中，鋼基體浸泡 2min 5min，然后將鋼基體取出，鋼基體表面覆蓋了一層完整的助鍍劑膜。它 的作用是防止鋼基體在熱浸鍍之前被再次氧化，并在熱浸鍍時活化鋼基體表面， 以提高鎳基鍍液對鋼基體的潤濕和拓展能力。
三、 烘干
將鋼基體從助鍍劑水溶液中取出后，放入11(TC 16(TC的干燥箱中進行徹 底干燥。烘干的目的是為了除去助鍍劑中的水和結晶水，防止鋼基體浸入前鎳基 鍍液再次氧化生銹，從而降低了鎳基鍍液與基體之間的結合力。
四、 熱浸鍍鎳基合金
首先進行鎳基合金的熔煉，按重量百分比Cr: 5 20%， B: 1 6%， Si: l 6%， C: 0 1.1%， Fe: ^10%， Ni:余量，進行配料，并且在熔煉過程中進行氣 氛保護(N2保護)，當物料完全熔化且鍍液干凈后，將充分干燥的鋼基體浸入980 'C 115(TC的鎳基鍍液中，并通過移動鋼基體使鋼基體與鎳基合金界面處的氣體 和雜質上浮，從而使鎳基鍍液與鋼基體之間充分潤濕與鋪展，以形成良好的結合 界面。將鋼基體在鍍液中移動0.5 60s后，從鍍液中取出，在空氣中自然冷卻， 通過移動鋼基體可以保證鋼基體表面的溫度均勻，從而得到的鍍層厚度均勻，表 面光滑。
五、 成品性能檢測
浸鍍完成后先進行宏觀分析，然后對其做界面結合強度的測定。宏觀分析是 觀察表面是否存在漏鍍和鼓包現(xiàn)象等。
本發(fā)明提供的水溶液助鍍劑具有以下優(yōu)點-(1)防止鋼基體在熱浸鍍之前被再次氧化，并在熱浸鍍時活化鋼基體表面，以 提高鎳基鍍液對鋼基體的潤濕和拓展能力；同時對鎳基鍍液中的氧化物有 一定的溶解作用，有利于提高鍍層質量。(2) 助鍍劑的組分穩(wěn)定性好、不易揮發(fā)、無煙霧產生，烘干溫度范圍較寬(110 。C 160。C)。
(3) 鋼基體助鍍處理后，干燥速度快，且不容易反潮。
(4) 助鍍劑對鎳基合金不產生有害作用，且助鍍劑價格低廉，廢液容易處理， 對環(huán)境不造成污染。
(5) 鍍層表面平整光滑，無漏鍍現(xiàn)象，沒有雜色斑。
(6) 鍍層與鋼基體之間的結合效果明顯變好，結合力增大。
具體實施例方式
實施例1:
一、 鋼基體表面預處理
在噴砂過程中，將壓縮空氣的壓力控制在240KPa，采用粒徑在1000微米的 剛玉砂作為磨料。噴砂時間不宜過長或過短，當基體露出新鮮表面時，即可對鋼 基體停止噴砂，在噴砂過程要不斷移動噴槍，避免在鋼基體同一地方停留時間過 長。當噴砂完畢后，用氣槍將鋼基體表面的的殘留物吹去，保證一個新鮮干凈且 有一定粗糙度的鋼基體浸入助鍍劑中。
二、 助鍍劑的使用
將鋼基體浸入到溫度為70°C的5%的KF和10%的KC1復合水溶液助鍍劑中， 浸泡時間為4min。鋼基體在助鍍劑溶液中要保持垂直懸掛狀態(tài)，以避免鋼基體 與容器壁接觸，從而導致助鍍劑沒有完全覆蓋鋼基體表面。要經常檢測助鍍劑溶 液中各成分的含量是否在所要求的范圍，并隨時補充各成分。
三、 烘干
將從助鍍劑水溶液中取出的鋼基體懸掛放入烘干箱內干燥，溫度控制在140 °C，維持3小時。
四、 熱浸鍍鎳基合金
首先進行鎳基合金的熔煉，鎳基合金成分按重量百分比為Cr: 5 20%， B: 1 6%， Si: 1 6%， C: 0 1.1%， Fe:蕓10%， Ni:余量，并且在熔煉過程中進
行氣氛保護(N2保護)，在鋼基體浸入鎳基合金鍍液前，要除去鍍液表面的鋼渣，
將徹底干燥的鋼基體浸入到115(TC的鎳基鍍液中，并保持鋼基體在鍍液中移動，IOS后取出基體，然后在空氣中進行自然冷卻，得到鎳基合金鍍層。 五、成品性能檢測 5.1宏觀檢測
鋼基體表面的鍍層連續(xù)性好，表面平整光滑，沒有漏鍍和鼓包現(xiàn)象出現(xiàn)，鍍 層厚度可以達到0.05mm 2mm，從而可以很好地起到保護基體的作用。 5. 2界面結合強度的檢測
按GB/T6396—1995對制品進行剪切強度的測定，結果發(fā)現(xiàn)，使用助鍍劑后 平均剪切強度可以達到210MPa，比原來提高了將近70MPa。 實施例2:
先對鋼基體進行噴砂處理，得到新鮮粗糙的鋼表面，然后將鋼基體浸入到溫 度為60'C的15%KF和30%KC1復合水溶液助鍍劑中，浸泡時間為2min。將鋼 基體從助鍍劑溶液中取出后，在12(TC的烘干箱中烘千4小時，浸入到鎳基合金 鍍液中，再從鍍液中取出，空冷得到鎳基合金涂層。 實施例3:
先對鋼基體進行噴砂處理，得到新鮮粗糙的鋼表面，然后將鋼基體浸入到溫 度為8(TC的10%KF和20%KC1復合水溶液助鍍劑中，浸泡時間為3min。將鋼 基體從助鍍劑溶液中取出后，在13(TC的烘干箱中烘干4小時，浸入到鎳基合金 鍍液中，再從鍍液中取出，空冷得到鎳基合金涂層。 實施例4:
先對鋼基體進行噴砂處理，得到新鮮粗糙的鋼表面，然后將鋼基體浸入到溫 度為75'C的5。/。的KF、 P/。的KC1和5。/。的K2ZrF6復合水溶液助鍍劑中，浸泡時 間為5min。將鋼基體從助鍍劑溶液中取出后，在160'C的烘干箱中烘干2小時， 浸入到鎳基合金鍍液中，再從鍍液中取出，空冷得到鎳基合金涂層。 實施例5:
先對鋼基體進行噴砂處理，得到新鮮粗糙的鋼表面，然后將鋼基體浸入到溫 度為65。C的10%的KF、 10%的KC1和20%的K2ZrF6復合水溶液助鍍劑中，浸 泡時間為4min。將鋼基體從助鍍劑溶液中取出后，在14(TC的烘干箱中烘干4 小時，浸入到鎳基合金鍍液中，再從鍍液中取出，空冷得到鎳基合金涂層。 實施例6:先對鋼基體進行噴砂處理，得到新鮮粗糙的鋼表面，然后將鋼基體浸入到溫 度為75'C的7%的KF、 5%的KC1和12%的K2ZrF6復合水溶液助鍍劑中，浸泡 時間為4min。將鋼基體從助鍍劑溶液中取出后，在17(TC的烘干箱中烘干4小時， 浸入到鎳基合金鍍液中，再從鍍液中取出，空冷得到鎳基合金涂層。
權利要求
1.一種用助鍍劑改善普通碳鋼與鎳基合金結合界面的方法，其特征在于鋼基體表面經過噴砂預處理，然后在助鍍劑中浸泡2～5min，再在110～160℃烘干助鍍劑中的水分和結晶水之后，浸入到鎳基合金鍍液中，再從鍍液中取出，空冷得到鎳基合金涂層；助鍍劑為含有重量百分數(shù)為5％～15％的KF和10％～30％的KCl的復合水溶液助鍍劑；所用的鎳基合金成分是按重量百分比為Cr5～20％，B1～6％，Si1～6％，C0～1.1％，F(xiàn)e≤10％，Ni余量；鎳基合金的浸鍍溫度為980℃～1150℃，浸鍍時間為0.5～60s。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于采用的助鍍劑為含有重量百 分數(shù)5% 10%的KF、 1% 10%的KC1和5% 20%的K2ZrF 6的復合水溶液助 鍍劑。
全文摘要
本發(fā)明屬于冶金技術領域，涉及一種用助鍍劑改善普通碳鋼與鎳基合金結合界面的方法。其特征在于先將鋼基體噴砂處理，然后將噴砂處理后的鋼基體浸入預先配置好的助鍍劑水溶液中，浸泡幾分鐘后，將鋼基體取出烘干其水分和結晶水，最后熱浸鍍鎳基合金，其中助鍍劑的組成為KF和KCl復合水溶液，或者KF、KCl和K₂ZrF₆復合水溶液。該助鍍劑的特點是助鍍劑對鎳基合金鍍液不產生有害作用，具有組分穩(wěn)定性好、不易揮發(fā)、無污染、無煙，烘干溫度范圍較寬，能有效地防止鋼基體在浸鍍前被空氣氧化，而且可以有效提高鋼基體的表面活性，使鎳基合金鍍液很快地潤濕鋼表面并與其反應，確保得到良好的冶金結合層。
文檔編號C23C2/04GK101550525SQ200910081789
公開日2009年10月7日 申請日期2009年4月10日 優(yōu)先權日2009年4月10日
發(fā)明者濤 林, 王立生, 驥 羅, 邵慧萍, 郝俊杰, 郭志猛, 高治山 申請人:北京科技大學