浸鋁法簡介

使鋁元素滲入鋼件表面的一種化學(xué)熱處理工藝。其目的是使表面具有較好的抗氧化性能和耐腐蝕性能。經(jīng)過滲鋁的鋼件，表面形成連續(xù)致密的滲層。由Al-Fe相圖可知，按表層由表向里形成FeAl3、FeAl、Fe3Al等金屬化合物和δ—固溶體(鋁固溶后的鐵素體)。由于碳會降低Al在鋼中的擴(kuò)散速度，所以滲鋁多半用于低碳鋼構(gòu)件。常用于火電廠蒸汽鍋爐的水冷壁管、過熱器管、省煤器管等。滲鋁后的水冷壁管的抗硫腐蝕能力大為增加，用于液態(tài)排渣鍋爐和其他鍋爐可使壽命提高幾倍。工業(yè)上最常采用的滲鋁工藝方法有液體滲鋁法、固體滲鋁法、氣相法、熱噴涂擴(kuò)散法等。鋼件滲鋁工藝的選擇必須結(jié)合構(gòu)件大小、結(jié)構(gòu)特征、對滲層深度要求、使用壽命長短等綜合考慮。如大型構(gòu)件，壽命要求長而表面粗糙度要求一般時，可采用液體滲鋁法或熱噴涂擴(kuò)散法。對小型構(gòu)件，要求滲層薄、粗糙度低時可采用固體滲鋁或氣相滲鋁法。

又稱熱浸法。將鋼管或鑄鐵件經(jīng)預(yù)處理后浸入熔融的鋁浴內(nèi)，使其表面被鋁元素滲入，并使之達(dá)到飽和程度，時間隨鋼管的管徑和壁厚而定，隨后按構(gòu)件運(yùn)行工況條件選擇不進(jìn)行或再進(jìn)行擴(kuò)散退火(對低碳鋼溫度通常為970℃±10℃)。擴(kuò)散退火可進(jìn)一步提高滲層的深度與均勻性。其退火溫度愈高則擴(kuò)散愈快，但溫度過高會使低碳鋼晶粒長大，降低其力學(xué)性能。對于使用在抗大氣腐蝕條件下的構(gòu)件，可不進(jìn)行擴(kuò)散退火。液體滲鋁工藝步驟一般為：工件表面去油→酸洗→助鍍→烘干→熱浸鋁→擴(kuò)散退火等。

出爐空冷的工件在放置時應(yīng)防止出現(xiàn)滲層破壞或變形。液體滲鋁工藝簡單，生產(chǎn)效率高，易于機(jī)械化連續(xù)作業(yè)，其缺點(diǎn)是滲層表面較粗糙，均勻性差，夾雜物較多，熔鋁用的坩堝易被鋁液浸蝕，有有害氣體污染環(huán)境等。在解決了局部防滲鋁工藝、滲鋁件的焊接工藝以及提高滲鋁件處理后的力學(xué)性能等問題后，液體滲鋁工藝已廣泛應(yīng)用于鍋爐管。

將構(gòu)件放在固體粉末滲劑中的滲鋁工藝。方法是將要滲鋁的構(gòu)件經(jīng)預(yù)處理后放入裝滿滲劑的鐵箱內(nèi)，加熱到900～950℃的溫度，保持長時間(按要求滲層深度而定)后隨后冷卻。滲劑一般為Al-Fe合金粉加催化劑(如氯化銨粉末)。固體滲鋁后的構(gòu)件表面光潔致密，具有良好的抗氧化性。低碳鋼管滲鋁后可用作工業(yè)爐管以代替奧氏體耐熱鋼，其抗氧化溫度可達(dá)800～900℃。

鋼的熱浸滲鋁是將鋼制件浸沒于熔融鋁浴中完成的。熱浸滲鋁方法簡單，易于連續(xù)作業(yè)。但因鋁的熔點(diǎn)高(660°C )，待滲鋁的鋼工件需要進(jìn)行前處理和活化處理，并須采取防止鋁氧化的措施?？呻S意對鋼板、鋼帶和線材、進(jìn)行表面滲鋁。滲鋁層厚度可達(dá)0. 05mm。一般滲鋁鋼的耐熱溫度可達(dá)700°C。此外，滲鋁鋼的熱反射性也很好，可將75%左右的輻射熱反射掉 。

將被涂物體全部浸沒在盛有涂料的槽中，經(jīng)過很短的時間，再從槽中取出，并將多余的涂液重新流回槽內(nèi)。這種方法稱為浸涂法。浸涂的特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，操作簡單，涂料損失少。適用于小型的五金零件、鋼質(zhì)管架、薄片以及結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的器材或電氣絕緣體材料等。浸涂法主要應(yīng)用于烘烤型涂料的涂裝，但也有用于自干型涂料的涂裝，一般不適用于揮發(fā)型快干涂料(如硝基漆)。浸涂法使用的涂料應(yīng)具有不結(jié)皮、顏料不沉淀以及不會產(chǎn)生膠化等性能。

浸涂的主要工藝參數(shù)是涂料的粘度。它直接影響漆膜的外觀和厚度。粘度過低，漆膜太薄;粘度過高，涂料的流平性差，因而漆膜外觀差、流痕嚴(yán)重、余漆滴不盡。因此在浸涂作業(yè)過程中。

浸涂法最適宜的工作溫度為15~30℃。一次浸涂的厚度一般控制在20一30微米。在干燥過程中不起皺的熱固性涂料，厚度允許達(dá)40微米。

浸涂法生產(chǎn)銅桿的浸涂過程,對銅桿的性能并無影響。對銅桿性能有影響的卻是電解銅板加熱和入爐熔化過程所產(chǎn)生的冶金化學(xué)反應(yīng)過程,以及原材料本身質(zhì)量等因素。

浸涂法所生產(chǎn)的銅桿由于含氧量較低,所以它的塑性和導(dǎo)電性較之普通銅桿具有明顯的優(yōu)越性。在正常情況下測定的Φ8毫米浸涂銅桿的性能,強(qiáng)度極限在23.4公斤/毫米“,延伸率為41%,斷面收縮率為80.7%,扭轉(zhuǎn)次數(shù)為40,彎曲次數(shù)為20,導(dǎo)電率達(dá)101.35%IAGS,電阻率0.017013歐·毫米²/米,硬度55~57.3公斤/毫米²,表面光亮。

冶金化學(xué)反應(yīng)

銅板加入熔化爐前,首先經(jīng)預(yù)熱爐(700℃左右)預(yù)熱。此時銅板表面存在的膽礬和堿式碳酸銅及水份發(fā)生離解和蒸發(fā)。

銅板加入熔化爐(工頻感應(yīng)電爐)內(nèi)，爐內(nèi)銅液在電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電動力的作用下,不斷產(chǎn)生上下翻騰循環(huán),不僅使入爐的銅板很快熔化,而且銅液中各主要雜質(zhì)元素間及與碳層和保護(hù)氮?dú)庵械臍湓刂g會發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)。

通過上述一系列冶金化學(xué)反應(yīng),明顯地降低了銅中硫和氧的含量,其它金屬雜質(zhì)也有微量的變化,從而提高了銅的性能,特別是銅的塑性有顯著的提高,這是本工藝的特點(diǎn)。

浸涂法生產(chǎn)銅桿是先進(jìn)工藝,其冶金特性和工藝特點(diǎn)對銅桿質(zhì)量起著保證作用。

實(shí)踐證明,從銅桿金屬雜質(zhì)總量微觀的變化規(guī)律及單項(xiàng)雜質(zhì)含量的波動對銅桿質(zhì)量的影響,可以看出浸涂法生產(chǎn)銅桿工藝仍然本在著質(zhì)量控制過程,這是不可忽視的。

質(zhì)量控制的關(guān)鍵,在于保證浸涂工藝所用的材料(銅液和芯桿)具有良好的質(zhì)量。

第一,是使用高純度的電解銅板。對其所含的某些元素必須注意,如鐵、磷、砷、鉛、秘等,全部金屬雜質(zhì)元素不應(yīng)超過500ppm,這樣才能使銅桿導(dǎo)電率達(dá)到101%以上。

第二,是控制好芯桿的質(zhì)量。事實(shí)上,芯桿上大多數(shù)的缺陷在制成成品桿的過程中大大擴(kuò)大了,生產(chǎn)過程中的廢品主要是由芯桿缺陷引起的。芯桿每循環(huán)一次,其外觀質(zhì)量降低一次。為確保芯桿質(zhì)量,必須嚴(yán)格控制生產(chǎn)中各個環(huán)節(jié)的一系列因素。

第三,為保證銅桿質(zhì)量,銅板入爐前表面泥土要清凈,木炭清洗干凈,定期扒渣,提高開機(jī)率,減少銅液在爐內(nèi)停留時間,避免銅液中掉入各種雜質(zhì)。浸涂過程中其它許多因素和銅液溫度等也是不可忽視的。剛開爐生產(chǎn),銅液中含氧量較高,不適于浸涂要求。如果用磷銅脫氧,要計算好加入磷銅的量,不要過多。如不用磷銅脫氧,銅液在爐內(nèi)運(yùn)行一階段后,由于銅液和炭層之間相互作用的結(jié)果,氧含量會慢慢降下來。銅液表面復(fù)蓋的木炭層不必太厚,以能復(fù)蓋嚴(yán)密不裸露銅液為宜。氮?dú)庵泻瑲淞恳刂七m當(dāng),不能太低,應(yīng)符合工藝規(guī)定。因?yàn)闅浜刻秃湍咎繉犹窬鶡o助于銅液脫硫,同時會使銅液含氧量升高,所以兩者都會對銅桿的外觀質(zhì)量和銅的塑性產(chǎn)生不良影響。只要掌握住浸涂法生產(chǎn)銅桿的特殊規(guī)律性,就能使銅桿質(zhì)量達(dá)到所要求的水平。

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