不同生产技术对渗铝退火罐寿命的影响

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摘要：本文探讨了采用不同生产技术对渗铝退火罐的影响，探索出一种较优的生产技术，并对其进行寿命实验。结果显示，热喷涂法生产的退火罐在实际使用中有较好的效果，渗铝温度应根据实际使用情况确定。

关键词：渗铝刚、退火罐、热浸、热喷涂、寿命

中图分类号：U472文献标识码： A

前言

渗铝钢具有价格低廉，耐腐蚀性好，抗氧化性强，耐高温等性能，在冶金行业、化工行业、食品行业等领域得到了广泛的应用，在某些地方可以替代不锈钢，得到很好的效果。

目前国内生产渗铝钢主要有热浸、热喷涂两种方式。热浸渗铝法，将钢板在铝液中高温热浸，使整块钢板上覆盖一层铝，再通过高温扩散，形成一层致密的铝铁合金层，这层铝铁合金具有抗氧化、耐高温、抗腐蚀等性能。热喷涂渗铝法，用机械的方法在高温的情况下，直接把铝喷到钢板上，后期再进行扩散处理。由于热喷涂渗铝钢，在加工中没有铝铁置换的过程，所以只能在后期进行高温扩散，以求达到形成铝铁合金层的目的。

渗铝退火罐在冶金行业具有较广泛的使用，由于市场上的退火罐种类繁多且质量参差不齐，导致退火罐的使用寿命也不尽相同。本文从不同生产方法，扩散温度，渗铝层厚度等影响退火罐使用寿命的因素上逐步探讨，结合在企业的实际经验，提出较优的渗铝退火罐生产技术。

1、试验过程

1.1实验材料的准备

试样选择常用的Q235钢，制成退火罐。

(1) 渗铝前工件的净化处理

为在退火罐上得到满意的渗铝实验效果，消除外界因素对实验结果的影响，必须在渗铝前将工件表面附着的油污和铁锈清除干净。常用的除油方法有，酸液清洗、溶剂清洗、碱液清洗和脱脂等。

(2) 粗化工件表面处理

为增大渗铝工件和基材表面之间的接触面，使净化处理后的表面更加适合渗铝层的结合强度，需对实验材料表面进行粗化处理。可采用抛丸、喷砂、机械加工和电拉毛等方式处理。本实验采用抛丸处理采用抛丸处理不仅能清除表面的油污、铁锈，还可使提升渗铝工件的粗糙度，使工件表面活化强度增大，提高渗铝层的结合强度。抛丸产生的粗糙度，决定于丸料的类型和粒度、抛丸机组设备、抛丸叶片压力及工件表面的硬度。常用的钢丸主要为钢丸和钢丝切丸等。钢丝切丸有各50%左右名义的钢丸和轮胎钢丝组成，兼顾了较强的冲击力和覆盖率，其使用效果和使用寿命要远远高于喷砂所用的金刚砂料。它硬度高、破碎率低、并可循环使用。粗化处理的实质就是去除工件表面的油污和氧化皮，使工件表面还原，露出金属本色。同时抛丸后工件表面活泼性增大，氧化系数增强，所以工件粗化处理后要在2h内进行实验。

1.2渗铝剂的选择

本渗铝实验选择的渗铝剂组成见下表，其中铁粉、铝粉及氧化铝粉颗粒度均为100-200目。

1.3工艺规范

(1) 预热

退货罐在进行实验喷涂和渗铝之前，需去除除工件表面的水分和湿气，目的是为提高涂层粒子与工件接触时的界面温度，减少工件温度瞬间变化因热膨胀造成的涂层应力，造成涂层开裂。同时提高涂层与基材的结合强度。

对工件表面预热，预热温度取决于工件的大小、形状和材质以及喷涂材料的热膨胀系数。一般情况下预热温度控制在100～150℃之间。本实验预热的方法可采用井式炉加预热。加热应均匀，避免局部温度过高造成工件表面二次氧化，而降低渗铝层的结合强度

将制作完成的渗铝退火罐在绞龙机式井式炉中使用，探索不同生产技术对其寿命的影响。

绞笼机式井式炉，其机械部分的组成分为：调速电机、齿轮箱、绞笼及炉底风箱、风机等。这种炉型结构具有机械事故少、结构简单、施工容易、造价低、较为省煤、点火容易、升温快、相对操作简单等优点。

(2) 热浸渗铝工艺

本实验将渗铝退火罐1#、2#表面使用热浸渗铝工艺。工件进行表面去污处理后，在其表面浸涂助镀剂，主要成分为Cr、Pb、Ti、Co、Mn、Be、 Cu等金属，形成一层完整无隙的熔剂保护薄膜，防止工件在高温工艺中的二次氧化污染。将工件浸入760°铝液中，保持30-45分钟。当包裹这种薄膜的工件经预热后浸入金属铝液中时，熔剂膜自行脱除，露出清洁的钢表面，并立刻为铝液所润湿并发生合金化，形成镀层。此法使用设备简单，工艺较易控制。

(3) 热喷涂工艺

将渗铝退火罐3#、4#表面使用热浸渗铝工艺。先喷上一层厚度约0.1O～0.15mm的镍铝金属复合粉末作为结合的打底层。打底层提供了粗糙、干净的活性表面，再在其上喷涂工作层时就会得到较高的结合强度。在喷涂结合层时，火焰调整为中性焰或轻微碳化焙。喷涂过程中，喷嘴匪工件表面180mm左右，可根据火焰功率的大小适当调节，一般应掌握在火焰长度的4/s。喷枪的喷射角度应尽可能与喷涂面保持垂直．最小角度不能低于45。否则会使涂层过于疏松。应尽可能使工件表面线速度在15～30m/rain，喷枪移动速度为5～10mm/r，并使喷嘴与工件轴心在同一水平面上。控制好工艺参数，就可得表面呈银白色的高质量的涂层效果。

2、实验结果与分析

2.1渗铝技术的影响

将热浸渗铝法生产的渗铝退火罐1#、2#，热喷涂渗铝法生产的退火罐3#、4#取出进行对比分析。

（1）渗铝技术对渗层深度的影响

取上述四个样品进行金相观察，从渗镀后的外观上看，所有样品渗铝后表面质量均较好，渗铝层均匀，明显可以感觉到3#、4#渗层较为平整，均匀。从渗层深度看，1#渗层深度300μm，2#渗层深度290μm，3#渗层深度200μm，4#渗层深度180μm。可以看出，热浸渗铝法较热喷涂法得到的渗铝层厚，但均匀度及表观均没有较大差别。

（2）实际使用情况

将四个样品分别在井式炉中使用。井式炉升温2个小时后，温度达到470度，随降低给煤速度、减少风量，4小时后，温度达到630度，继续降低给煤速度、风量不变，8小时后，温度达到820度，恒温2小时，停止给煤、给风，落下烟道挡板，使之保温。

通过对四个样品的观察，使用3个月后，表面仍为青灰色，通过金相图发现，在退火罐的表面，渗层未破坏；使用6个月后，1#、2#开始出现爆皮，出现不同程度的脱落，3#、4#表面有一层煤灰，用扫帚把表面清干净后表面呈青灰色，渗铝层保持完好。1#、2#在使用9个月后报废，3#、4#在使用16个月后基本报废。

由于热浸式渗铝法在使用时间上明显低于热喷涂式渗铝法，本文后续将着重就热喷涂式渗铝法进行探讨。

2.2 渗铝温度对退火罐的影响

本实验用同样渗铝剂分别于850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃条件下保温10h进行渗铝，并绘出渗铝温度与渗层厚度的关系曲线，见图2。

金相观察结果，随着温度的升高，合金层月凭证，合金层厚度随渗铝温度升高而明显增加，这是因为温度升高使铝原子的扩散速度增大。由图2可见，合金层深度的增长同温度呈上升指数关系，但当渗铝温度过高时，会使铝耗量增加，同时提高了渗剂中的铁含量，从而影响渗铝层表面质量，故渗铝层的最佳温度应根据使用条件来确定。

将上述热喷涂法生产的退火罐在井式炉中使用，平均寿命均可达16-20个月。

3、结论

（1）热喷涂渗铝法较热浸渗铝法渗层均匀，操作时间长。

（2）金相观察表面，随着渗铝温度的升高及渗铝时间的延长，合金层厚度相应增加。但具体渗铝温度及时间应根据实际使用情况确定。

（3）热喷涂法生产的渗铝罐在实际使用过程中，平均寿命可达16-20个月。