[发明专利]HK40耐热钢表面MgCr2

说明书

本发明涉及金属表面镀层制备技术领域，具体公开了一种HK40耐热钢表面MgCr₂O₄镀层及其制备方法。先对HK40耐热钢工件表面进行高温氧化处理，得到表面氧化改性的HK40耐热钢；再采用真空蒸发镀膜机在氧化改性的HK40耐热钢表面蒸镀上一层镁薄膜；然后将镁薄膜置于空气中转变为MgO薄膜，最后将表面附有MgO薄膜的氧化改性HK40耐热钢进行真空扩散退火处理，从而在HK40耐热钢表面反应形成具有MgCr₂O₄的镀层。所得到的镀层具有抗结焦性好、力学性能优异、易生产加工等特点。

技术领域

本发明涉及金属表面镀层制备技术领域，具体涉及一种HK40耐热钢表面MgCr₂O₄镀层及其制备方法。

背景技术

炉管内表面状态是影响乙烯裂解炉管结焦特性的主要因素之一，HK40耐热钢是乙烯裂解炉管常用的材质，其具有抗氧化性强、耐硫化物腐蚀性好、耐热性能优良等特点。然而，炉管使用过程裂解过程中，外壁经受火焰加热，内壁则与碳源气体和载气接触，因此炉管不可避免的发生结焦，HK40耐热钢中的Fe、Ni等金属元素在渗碳气氛下具有强烈的催化活性，会催化结焦，进一步导致材料延伸率降低，脆化严重，很大程度上影响了炉管的使用寿命。

Cr₂O₃氧化层在1050℃以下具有良好的抗结焦性能。但是，当温度高于1050℃时，Cr₂O₃将会转变为疏松多孔的形态，严重影响其抗结焦性能。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种HK40耐热钢表面MgCr₂O₄镀层及其制备方法。通过氧化在HK40耐热钢表面形成一层致密的Cr₂O₃，然后将镁蒸镀于Cr₂O₃表面，蒸镀结束后取出HK40耐热钢在空气中冷却并在表面获得一层致密的MgO(2Mg+O₂＝2MgO)，最后通过真空扩散退火获得MgCr₂O₄镀层(MgO+Cr₂O₃＝MgCr₂O₄)，所获得镀层具有抗结焦性好、力学性能优异、易生产加工等特点。

同时，可以根据实际使用需求，通过控制蒸镀时间和真空扩散退火温度来控制镀层的厚度以及MgCr₂O₄的密度和粒径。因此，所述HK40耐热钢表面MgCr₂O₄镀层具有良好的可控性。

本发明提供的HK40耐热钢表面MgCr₂O₄镀层的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过对HK40耐热钢工件表面进行高温氧化处理，得到表面氧化改性的HK40耐热钢。

氧化温度为800-900℃，氧化时间为5-10h。

(2)将步骤(1)中制备的表面氧化改性的HK40耐热钢放入真空蒸发镀膜机中，在真空环境中对镁单质进行蒸发。完成蒸镀后，得到表面蒸镀镁薄膜的氧化改性HK40耐热钢。

进行真空蒸镀过程时，控制蒸镀电压为1.0-1.6V，蒸镀电流为100-120A，蒸镀时间为5-20min，通过控制蒸镀时间来控制MgCr₂O₄的密度；

(3)将步骤(2)中表面蒸镀镁薄膜的氧化改性HK40耐热钢工件取出，在空气中冷却，HK40耐热钢表面蒸镀的镁薄膜转变为MgO薄膜。

冷却时间为10-30min，空气中镁薄膜转变为MgO薄膜的反应为2Mg+O₂＝2MgO；