專利名稱：一種滲鈦用封閉劑及滲鈦方法
技術領域：
本發明屬于金屬表面化學熱處理，特別是滲鈦用封閉劑及滲鈦方法。
化學熱處理是用廉價的材料獲得高性能金屬構件的有效途徑，滲鈦層具有良好的化學穩定性和較高的顯微硬度，可提高工件的耐腐蝕、耐磨性能。滲鈦方法主要包括固體、液體和氣體滲鈦方法，其中固體粉末滲鈦法因設備簡單，質量較穩定，得到較快發展。我國對滲鈦工藝方法研究不多，滲鈦工藝仍處于實驗室研究階段，只能處理小尺寸工件，未能進行工業化生產，其主要原因在于鈦極易高溫氧化，而目前技術未能對鈦氣氛提供一種廉價有效的保護方法。
SU1659527A1中，滲鈦采用粉末包埋法，先對工件進行硼化，再對工件進行滲鈦處理，該工藝提高了工件表面層的耐蝕性并降低了表面孔隙度，但滲鈦過程要通入四氯化碳，并要先對工件進行硼化處理，工藝復雜，成本較高。
JP04-293765中，滲制泥沙泵的葉輪，滲鈦劑以鈦粉為主劑，其它成分由氧化鋁、鐵粉、氯化銨和氟硼酸鉀等粉末構成。雖然能保證擴散層的均勻性，但處理過程需通入惰性氣體，增加了提供保護氣氛的設備，且純鈦粉的價格昂貴，產品難以推廣應用。
CN1133348A中，滲鈦劑由二氧化鈦、鎂和鈦合金組成，在箱體上部放置焦炭，保證箱體內氣體排出并保證滲鈦層質量，但碳的活性偏低，氣孔偏多，雖然有利于箱體內氣體排出，但難以達到理想的保護效果。
CN1153831A中，鈦鋁二元共滲劑由三氟化鋁、二氧化鈦、活性硅酸鋁分子篩微球和鋁鈦鐵三元合金組成。滲劑中的氟化物產生的HF氣體毒性較大，污染環境，對人體有害。在滲箱上部放置用以吸收腐蝕氣體的氧化鎂和鎂的混合物，亦只能起到有限的效果。
本發明提供了一種滲鈦用封閉劑，以解決滲鈦過程中滲鈦劑的高溫氧化及燒結問題。另外本發明還提供了一種使用該封閉劑的滲鈦方法。
本發明提供的封閉劑組成為2～30％Al，40～91.5％Fe-Al，0.5～1.5％NH4Cl，0～49％Al2O3。
本發明提供的滲鈦方法是，先將工件放入滲鈦箱內，然后將均勻混合的滲鈦劑裝箱，其中滲鈦箱入口部位放置封閉劑，封好箱蓋，將滲鈦箱置入加熱爐中進行熱處理，滲鈦的溫度為900～1050℃，時間為3～8小時，出爐后空冷降溫，滲鈦劑組成為18～30％Al，18～25％TiO2，35～40％Fe-Ti，3～5％NH4Cl，0～26％Al2O3。
本發明滲鈦方法中使用的滲鈦劑可重復使用，每次需添加5～10％ TiO2、2～4％Al和1～4％NH4Cl。滲鈦劑中的鋁在高溫下與二氧化鈦進行還原反應，生成氧化鋁和活性鈦，以補充滲鈦劑中的鈦源。氯化銨起催滲劑的作用，使滲鈦時間縮短，提高滲鈦效率。滲鈦方法中使用的封閉劑可重復使用，每次需添加2～4％Al及0.5～1％NH4Cl。
本發明使用的封閉劑與滲鈦劑之間設置帶孔鋼鐵隔板，封閉劑高度應能滿足封閉效果，一般為滲箱開口尺寸的1～2倍。
本發明與現有技術相比，由于含適量活性鋁粒的封閉劑置于滲箱入口部位，可吸收外部進入滲箱的氧氣，同時阻隔空氣與滲鈦劑接觸，有效防止滲鈦劑的氧化和板結；無需配置惰性氣體保護設備，有利于進行大工業生產。封閉劑除不含鈦外，其余成份基本與滲鈦劑相同，不污染滲鈦劑，顯著提高了滲層厚度及鈦含量，改善了滲層質量。另外在本發明方法中，所用滲鈦劑主要由二氧化鈦、三氧化二鋁、鈦鐵合金和鋁等成分構成，這些原料來源廣泛，價格低廉，可重復使用。本發明的滲鈦劑可根據需要實現滲鈦和鈦鋁共滲，該滲劑與封閉劑聯合使用，滲層厚度、鈦鋁含量和滲層連續性等指標有較大提高。滲劑疏松，易于操作，滲劑重復使用性顯著提高，降低了生產成本，滲層質量優良，耐腐蝕性能顯著提高，低碳鋼的滲鈦層表面鈦含量為30～70重量％，滲層厚度為0.1～0.5mm。根據需要調整配方，可實現鈦鋁共滲，共滲層表面鈦含量為20～50重量％，鋁含量為18～25重量％，滲層厚度為0.1～0.5mm。
附圖及附圖的簡單說明附
圖1是滲鈦箱的結構示意圖如附圖1所示，工件7置于滲鈦箱的箱體5內，封閉劑2置于箱體5的入口處，隔板6用于隔離封閉劑2與滲鈦劑8，排氣孔3的作用是使滲鈦劑8在加熱過程中產生的氣體順利排出，避免滲箱脹裂等現象的發生。
實施例1工件為Φ25×2.5×1000無縫鋼管，材質為10碳鋼。
滲鈦劑配比TiO2，25％；Al，20％；Fe-Ti，40％；Al2O3，11％；NH4Cl，4％封閉劑配比Al，5％；Fe-Al，60％；Al2O3，34.2％；NH4Cl，0.8％保溫溫度980℃保溫時間5h滲鈦層厚度0.15mm滲層表面鈦含量38.74重量％表面狀況滲層光潔、致密、連續，呈淡黃銅色。
實施例2工件為150Y150×2葉輪(Φ360)，材質為20碳鋼。滲鈦劑配比TiO2，18％；Al，30％；Fe-Ti，35％，；Al2O3，14％；NH4Cl，3％封閉劑配比Al，4％；Fe-Al，70％；Al2O3，25％；NH4Cl，1％保溫溫度1050℃保溫時間6h滲鈦層厚度0.25mm滲層表面鈦含量34.23重量％滲層表面鋁含量23.12重量％表面狀況滲層光潔、致密、連續，呈銀灰色。
權利要求
1.一種滲鈦用封閉劑，該封閉劑組成為2～30％Al，40～91.5％Fe-Al，0.5～1.5％NH4Cl，0～49％Al2O3。
2.一種滲鈦方法，先將工件放入滲鈦箱內，然后將均勻混合的滲鈦劑裝箱，封好箱蓋，將滲鈦箱置入加熱爐中進行熱處理，滲鈦的溫度為900～1050℃，時間為3～8小時，出爐后空冷降溫，滲鈦劑組成為18～30％Al，18～25％TiO2，35～40％Fe-Ti，3～5％NH4Cl，0～26％Al2O3，其特征在于在滲鈦箱入口部位放置如權利要求1所述的封閉劑。
3.根據權利要求2所述的滲鈦方法，其特征在于封閉劑的放置高度為滲箱開口尺寸的1～2倍。
4.根據權利要求2所述的滲鈦方法，其特征在于使用的封閉劑可重復使用，每次需添加2～4％Al及0.5～1％NH4Cl。
5.根據權利要求2所述的滲鈦方法，其特征在于滲鈦劑可重復使用，每次需添加5～10％TiO2，2～4％Al和1～4％NH4Cl。
全文摘要
本發明提供了一種滲鈦用封閉劑及使用該封閉劑的滲鈦方法。本發明提供的封閉劑組成為:2～30%Al,40～91.5%Fe－Al,0.5～1.5%NH
文檔編號C23C10/00GK1356405SQ0110654
公開日2002年7月3日 申請日期2001年3月10日 優先權日2001年3月10日
發明者盛長松, 李選亭, 晁懷瑞, 李建留, 劉文亮 申請人:中國石油化工集團公司, 中國石化集團洛陽石油化工工程公司