一种热浸共渗铝铜合金的方法技术

本发明专利技术涉及一种热浸共渗铝铜合金的方法，属于钢铁热浸渗铝技术领域。本发明专利技术的方法包括如下主要步骤，合金熔池制备、钢件表面除油除锈、表面助镀、热浸镀铝铜和真空扩散退火。所获得的合金渗层结构，从外到内依次为Fe2Al5层、FeAl层、Fe2Al层、α‑Fe层。本发明专利技术的热浸共渗铝铜合金方法结合了热浸、渗铝扩散工艺，以铝铜合金协同抗蚀作用，提高了产品质量，能使镀层不易脱落，减少渗层孔洞，降低扩散退火温度，能有效保护钢材原有的力学性能，降低能耗。

A method of hot dip aluminizing copper alloy

The invention relates to a method for hot dipping aluminized copper alloy, belonging to the field of iron and steel hot dipped aluminum technology. The method of the invention comprises the following main steps: preparation of alloy bath, degreasing and rusting of steel surface, surface aided plating, hot-dip aluminum-copper plating and vacuum diffusion annealing. The structure of the obtained alloy layer is Fe2Al5 layer, FeAl layer, Fe2Al layer and alpha Fe layer from outside to inside. The hot-dip aluminum-copper alloying method of the invention combines the hot-dip and aluminizing diffusion process, and improves the product quality by synergistic corrosion resistance of the aluminum-copper alloy, which can make the coating not easy to fall off, reduce the porosity of the coating, reduce the diffusion annealing temperature, effectively protect the original mechanical properties of the steel and reduce energy consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种热浸共渗铝铜合金的方法
本专利技术属于热浸渗铝
，具体涉及一种热浸共渗铝铜合金的方法。
技术介绍
钢铁具有良好的机械性能和低廉的价格，但由于长期暴露在外部环境中，极易发生腐蚀，造成钢铁产品毁坏失效，给人类生产生活带来严重影响，造成巨大的经济损失，甚至危及到人民的生命。为了延长寿命，减少经济损失，金属的防护工作就显得十分重要，耐蚀性优良且质优价廉的热浸镀铝钢板开始普遍受到青睐。钢铁表面的热浸镀铝技术是继热浸镀锌之后发展起来的一种方法。正逐步应用与石油、化工、电力、冶金、机械、能源和交通运输等领域，前景十分广阔。钢铁制件热浸镀铝后不仅具有良好的抗腐蚀能力，抗高温氧化性能，而且具有良好的机械强度和加工性能。但目前仍存在一定的缺点，比如热浸镀铝后镀层脆性比较大，与基体的结合力较弱易脱落。由于助镀方法不易控制，容易带来漏镀等现象。并且，热浸镀过程中持续时间比较短，不利于活性铝原子的扩散从而镀层使厚度较薄，对镀层抗氧化性和耐蚀性也会受到一定影响。尤其在石油管道中，由于H2S腐蚀严重需要频繁更换油管，这样不仅增加开采成本，更大的难题在于难以预测管道的使用寿命。同时油气钢管腐蚀的发生很普遍且不易被察觉，当腐蚀的量变积累到一定程度，便会发生突发性灾害，引发安全事故，破坏环境。热浸法渗铝是在热浸镀铝的基础上，将热浸镀工件保温扩散退火，并进行后期的抛光清洗处理。但发现经扩散退火后渗层中Fe2Al5相的脆性仍然很大，试样表面分布大量孔洞，这将给后续加工等带来相当大的困难，同时影响到渗铝层的耐蚀性。渗铝层所形成的保护层，在没有物理损伤前可以起到良好的保护作用，但在强H2S腐蚀环境下，单一的渗铝保护层也存在一定的风险，尤其是在电解腐蚀环境下需要更有效的电化学保护性能，单一的热浸渗铝层无法满足这一要求。要进一步提高渗层的耐蚀性能，可以考虑其他有益合金元素在渗层中共存，因而在热浸法渗铝基础上发展多元素热浸共渗具有积极的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种热浸共渗铝铜合金的方法，本专利技术的方法结合了热浸、渗铝扩散工艺，以及多元素协同抗蚀作用，能使渗层与基体结合后不易脱落，减少渗层孔洞产生，具有更好的耐腐蚀性能。同时扩散退火温度较低，能有效保护钢材原有的力学性能，降低能耗。一种热浸共渗铝铜合金的方法，其特征在于，主要步骤为：(1)合金熔池制备；(2)钢片表面除油除锈；(3)表面助镀；(4)热浸镀铝铜；(5)真空扩散退火。合金熔池制备：控制Cu含量在0.5～3.0wt％，余量为Al，先将清洗干净的铝锭在坩埚内加热到700～750℃熔化得铝液，并在铝液表面撒上覆盖剂保护熔化的铝液减少氧化，然后把铜片以铝箔包裹后投入铝液中，防止铜片浮在铝液上，造成熔池成分不均匀，保温30min，得到合金熔池；覆盖剂成分为80％KCl，10％NaCl，10％Na3AlF6，使用前需研磨成粉末；钢片表面除油除锈：首先将钢片表面用质量分数15％～25％NaOH水溶液，在70～90℃条件下浸泡5～10min，水洗1～2min，再用质量分数10％～20％HCl，在室温下浸泡3～5min来除锈，水洗1～2min，然后采用丙酮浸泡1～3min，浸泡后的钢片在温度80～110℃的真空干燥箱中干燥10～20min；表面助镀：先制备助镀剂，成分为：K2ZrF6：30g/L，AlF：8g/L，HF：6g/L，KCl：20g/L；KF：10g/L，上述成分所配制的水溶液为助镀剂，并对除油除锈后的钢材基体进行助镀处理；助镀温度为90℃，助镀时间为3～5min，取出助镀后的钢材基体，在90～100℃下烘干10～30min；热浸镀铝铜：将助镀后的钢件加入合金熔池中进行热浸镀，热浸镀铝铜使用的工艺参数为：浸镀温度为690～710℃，浸镀时间为10～30s；真空扩散退火：将热浸镀铝铜后的钢件放入刚玉坩埚中并封装在真空度为0.001Pa的石英管中，放入管式电阻炉中进行扩散，扩散工艺参数：温度为550～650℃，保温3～7天。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术热浸共渗铝铜合金后，渗层中合金层组织由脆性较大的Fe2Al5相转变为FeAl相，增强了渗层与基体结合能力，使渗层不易脱落；扩散退火后，渗层厚度进一步增加，提高了热浸渗铝合金后产品的耐蚀性及抗氧化性；(2)相比其他工艺扩散温度900～1000℃，本专利技术扩散退火温度较低，降低了能耗，更好的保护了钢铁基体性能，同时避免了高温扩散时渗层组织中存在大量孔洞的问题，并且由于铜元素的存在，能有效降低扩散速率，控制孔洞成核率，进一步降低孔洞数量；(3)通过真空扩散处理后，在渗层表面的Cu元素形成富集，由于Cu具有较好抗氢脆能力，可进一步提高了渗层的耐H2S腐蚀性，能够为用户生产出满足性能要求的高品质新型铝合金渗层产品。附图说明图1为Al-1wt％Cu在不同温度下扩散退火7天的合金渗层横截面SEM图。其中，图1(1)为Al-1wt％Cu在450℃温度下扩散退火7天的合金渗层横截面SEM图；图1(2)为Al-1wt％Cu在500℃温度下扩散退火7天的合金渗层横截面SEM图；图1(3)为Al-1wt％Cu在550℃温度下扩散退火7天的合金渗层横截面SEM图；图1(4)为Al-1wt％Cu在600℃温度下扩散退火7天的合金渗层横截面SEM图。图2所示不同温度扩散退火SEM图；其中，图2(1)为纯铝在900℃扩散退火后的渗层横截面SEM图；图2(2)为Al-1wt％Cu在600℃温度下扩散退火后的合金渗层横截面SEM图。图3为Al-1wt％Cu600℃下扩散7天的合金渗层表面SEM图；其中，图3(1)为合金渗层表面放大到50倍的SEM图；图3(2)为图3(1)a处放大到400倍SEM图；图3(3)为合金渗层表面Cu元素分布情况的SEM图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步的描述，但不局限于该实例。为了符合和适应一般工业生产中的要求，本实验使用石油管线中常用X80钢作为金属基体，材料使用线切割机加工15mm×10mm×3mm的规格。实施例1(1)合金的成分设置为：99.0％Al、1％Cu。用精度为万分之一的电子秤称量好铝块、铜片的量，其中铝为495g，铜为5g，总重量为500g。先将495g铝清洗干净放在坩埚内加热到700℃熔化得铝液，并在铝液表面撒上覆盖剂，然后把铜片以铝箔包裹后投入铝液中，保温30min，得合金熔池；覆盖剂成分为80％KCl，10％NaCl，10％Na3AlF6，使用前需研磨成粉末。(2)将切割的钢片首先在15％NaOH溶液，80℃下浸泡5min除油，水洗1min，10％HCl溶液，在室温下浸泡3min除锈，水洗1min，然后采用丙酮浸泡3min，最后在温度100℃真空干燥箱中干燥10min。(3)助镀剂成分为：K2ZrF6：30g/L；AlF：8g/L；HF：6g/L；KCl：20g/L；KF：10g/L，使用上述成分所配制的水溶液对钢材基体进行助镀处理，助镀温度90℃，助镀时间：5min，取出后在100℃下烘干10min。(4)在热浸镀之前，首先要保证熔池温度稳定，然后先将熔池表面的氧化膜扒开，露出清洁的熔池表面，再将助镀处理后的钢片垂直于液面放入熔池中，在690℃下浸镀20s后，将钢片以匀速从熔池中取出，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热浸共渗铝铜合金的方法，其特征在于，主要步骤为：(1)合金熔池制备；(2)钢片表面除油除锈；(3)表面助镀；(4)热浸镀铝铜；(5)真空扩散退火。

【技术特征摘要】
1.一种热浸共渗铝铜合金的方法，其特征在于，主要步骤为：(1)合金熔池制备；(2)钢片表面除油除锈；(3)表面助镀；(4)热浸镀铝铜；(5)真空扩散退火。2.如权利要求1所述的热浸共渗铝铜合金渗层的方法，其特征在于：步骤(1)所述合金熔池制备：控制Cu含量在0.5～3.0wt％，余量为Al，先将清洗干净的铝锭在坩埚内加热到700～750℃熔化得铝液，并在铝液表面撒上覆盖剂保护熔化的铝液减少氧化，然后把铜片以铝箔包裹后投入铝液中，保温30min，制得合金熔池；步骤(2)所述钢片表面除油除锈：首先将钢片表面用质量分数15％～25％NaOH水溶液，在70～90℃条件下浸泡5～10min，水洗1～2min，再用质量分数10％～20％HCl，在室温下浸泡3～5min来除锈，水洗1～2min，然后采用丙酮浸泡1～3min，浸泡后的钢片在温度80～110℃的真空干燥箱中干燥10～20min；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭浩平，沈圣哲，苏旭平，王建华，涂浩，刘亚，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32