[发明专利]在316L不锈钢表面制备抗高温氧化镀层的方法

说明书

本发明属于不锈钢表面抗高温氧化处理技术领域，尤其涉及在316L不锈钢表面制备抗高温氧化镀层的方法，包括以下步骤：第一步、对316L不锈钢工件进行热浸镀铝硅，冷却后得到镀铝工件，镀液中硅的含量为1‑5wt％Si。第二步、将得到的镀铝工件再进行扩散处理，真空扩散温度为800‑900℃，并在此温度下保温1‑3h，得到镀层扩散相最外侧分别为Fe₂Al₅、FeAl₂、FeAl扩散相的渗铝工件。该方法针对316L不锈钢基体进行设计，将热浸镀铝硅与真空扩散处理工艺相结合。本发明工艺制备的镀层与基体结合为冶金结合，工艺过程相对简单，成本较低，抗高温氧化性能优良，易生产加工等优点。

技术领域

本发明属于不锈钢表面抗高温氧化处理技术领域，尤其涉及一种在316L不锈钢表面制备抗高温氧化镀层的方法。

背景技术

316L不锈钢是为改善耐腐蚀性能而发展出的一种超低碳奥氏体不锈钢，具有优良的耐腐蚀性能，广泛用于石油、化工、生物领域中。但该钢只能在800℃以下连续使用，而在更高温度氧化环境中无法长时间工作。随着高端科技的发展，对其高温抗氧化性能提出更高要求。热浸镀铝法制备涂层是一种有效的保护钢铁材料、延长材料在氧化或者腐蚀等恶劣环境寿命的途径。因此，需要在不锈钢表面进行表面改性，从而提高不锈钢的抗高温氧化性能，其中较为理想的工艺是对其表面进行镀层处理。中国专利文献(申请号为201810391357.5)公开了一种热浸共渗铝铜合金的方法，包括将助镀处理后的钢材浸入铜铝合金熔池浸镀，然后在550～650℃，保温3～7天，从而在钢材表面形成合金渗层结构，该结构从外到内依次为Fe₂Al₅层、FeAl层、Fe₂Al层和α-Fe层。

发明内容

本发明拟解决的技术问题是，提供一种在316L不锈钢表面制备抗高温氧化镀层的方法，该方法针对316L不锈钢基体进行设计，将热浸镀铝与真空扩散处理相结合，在热浸镀铝时，往熔池中添加Si元素，Si原子会填充Fe₂Al₅相在C轴方向上的空位，阻碍了Al原子的快速扩散，从而抑制了Fe₂Al₅相的舌状生长使得Fe-Al合金层厚度减薄。在第二步的真空退火基体中的Ni、Cr元素扩散到镀层中，会在不锈钢表面与基体形成紧密结合的α-Fe相层、Fe-Al相层。NiAl、Cr₃Si相能显著提高抗高温氧化性能。本工艺涂层与基体结合为冶金结合，结合力好，工艺过程相对简单，成本较低，易生产加工等优点。同时根据后续氧化条件要求，对镀层相组成结构进行设计，可以通过控制真空退火的温度及时间在镀层外侧得到Fe₂Al₅、FeAl₂、FeAl相，为后续的高温氧化形成的Al₂O₃不会太厚以至于剥落。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，提供一种在316L不锈钢表面制备抗高温氧化镀层的方法，包括以下步骤：

a.基体的预处理

将316L不锈钢基体经碳化硅砂纸逐级打磨，超声清洗并烘干后得到表面光洁平整的316L不锈钢件，再进行助镀处理，得到待预浸镀的316L不锈钢件；

b.热浸镀过程

在纯铝镀液中加入1-5wt.％Si，设置热浸镀温度和时间，对预浸镀的316L不锈钢件进行热浸镀铝硅，形成基础镀层；

c.真空退火处理

对在所述步骤b中制备铝硅镀层的不锈钢钢块进行真空退火处理，设置退火温度800～900℃，退火时间1～3h，然后进行水冷，得到高温抗氧化镀层。

进一步的，浸镀铝用的助镀剂的质量百分组成为：氟化钠0.1％、氯化钾10％、氟锆酸钾10％、其余是水；助镀温度保持在95℃，助镀时间为5min。