热镀铝工艺及性能研究

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1、热镀铝工艺及性能研究摘要:热镀铝牛产工艺能在钢材表面形成一层保护膜，延缓钢材衣面氧化的时间，提高钢材的使用寿命，木文就热镀铝工艺及性能进行阐述。关键词:热镀铝；工艺；性能；应用中图分类号：K826文献标识码：A♦八1—>一、刖§为了延长钢材的使用寿命并提高其性能，在钢材表面进行镀铝，这样钢材就具有优良的耐腐蚀性能、耐氧化性能，通过各种性能的提升，拓宽了钢材的使用范围。目前，我国已经完全掌握了热镀铝生产技术和工艺。二、热渡铝的相关机理热渡铝时，感应加热电源在钢质工件表面产生的感应涡流，使钢质工件表面可在短时间内形成奥氏体化，并完成晶粒细化的过程，这有助

2、于加速铝原子的扩散，有助于短时间内完成共晶铁铝合金的组织转变。同时，高频率变化的感应涡流，在钢质工件表面产生集肤效应，所述的集肤效应是指对于导体中的交流电流，靠近导体表面处的电流密度大于导体内部电流密度的现象。随着电流频率的提高，集肤效应使导体的电阻增大，电感减小。经推测感应加热产生的集肤效应可有效控制渗层深度。钢质工件的扩散渗铝在高温奥氏体区进行，铝原子的扩散速度，与温度以及其在奥氏体中的扩散路径有关。其他条件相同时，铝原子沿晶界的扩散速度远高于在晶粒内部的扩散速度。奥氏体晶粒越小，在单位体积内晶界总长度越大,铝原子的扩散就越容易。因此，在高温奥氏

3、体化温度下，使钢基体仍保持细小的晶粒是加快渗铝速度的关键所在。奥氏体的晶粒大小与加热速度、高温停留时间、过热度AT等冇关。加热速度越快，高温停留时间越短，过热度AT越人，晶粒就越细小。而感应电流加热正好满足上述的耍求。在本发明中采用高频感应电流，在本工艺特定热渡渗铝条件下，可使钢材表面在短时间内迅速达到奥氏体化温度（980°C左右），与目前扩散型渗铝工艺相比，感应加热所得钢材表面晶粒度要大5〜7个数量级。同时，感应电流的集肤效应，使得铝原了的扩散深度又限制在十几微米以内，大大的改善了渗铝钢的弯曲性能和冲压成型性能。感应加热时，温度梯度是自钢质T件向铝

4、液方向，即试样表层温度高于铝液温度，渗层均是山垂直试样表面的柱状晶组成，无脆性的铁铝化合物层，因此没有表面脆性区。而电阻炉加热方式，温度梯度上述相反，因此，铝原子易在工件表面堆积，形成脆性区。三、热镀铝工艺热渡镀铝层主要由表面铝层、金属间化合物Fe2A15层构成。热渡镀形成的金屈间化合物层呈现为齿状结构并且渗入钢基体内部，化合物层渗入的深浅不一致，这主要是由于形成的Fe2A15相具有特殊的晶格结构，在形成品体之后，其主要沿着品体卞轴方向快速长大，使得其宏观形态呈现齿状。由丁热渡镀铝过程中铁铝之间的渡润、相互扩散是铁铝化合物层形成的主要原因，借助菲克扩

5、散定律对其进行分析，以其建立热渡镀铝过程中的铁铝扩散动力学方程。在渡镀时间比较短时，铁扩散至铝液中的量忽略不计，即认为在渡镀过程中，铝液始终为纯铝液；铝扩散至铁中的深度有限，即可认为扩散层厚度与试样自身厚度相比非常小，可以忽略不计。渡镀过程中，铝液中难溶的杂质在提取过程中有可能会附在表面铝层，形成夹杂，试样表面的铁原子会向外扩散，在富铝区域内形成FeA13并在表面铝层中形成针状的形态。取表面铝层和金属间化合物层的分界线处某区域放大观察其界面形态，可以看到中间的物质并不与两侧相同，且界面并不连续光滑,呈齿状形态。热渡镀铝化合物层的厚度并不随时间的延长而

6、呈线性增长，其生长规律具有特殊性。由于热渡镀铝化合物层主要由Fe2A15相构成，并且Fe2A15相的生长特性决定了镀层结合强度、镀层的耐热性等性能。FeA13相只是分布在Fe2A15相和表面铝层的过渡处，且厚度很小，在此忽略不计，近似将Fe2A15相看作扩散层，故在此主要研究Fe2A15相的生长规律。四、热渡镀铝后工件的性能1、力学性能镀铝层非常薄，一般只有儿十至几百微米厚。同时镀铝的碳钢大多数是低碳钢，热处理效应不明显，其基体组织在镀铝前后基本不变。所以镀铝钢的力学性能与未镀铝时基本相当。2、抗氧化性能在钢材的表面进行热度铝处理后，在钢材的表面形成

7、-层致密的保护层，这种保护层能隔绝钢材表面和空气的接触，降低钢材表面氧化的概率。镀铝后的钢材有更好的使用性能，使用温度要比未镀铝钢提高200〜300°C,例如，只能在500°C下使用的钢材，通过对钢材表面进行热度铝处理，钢材就能在800°C以下的温度长期使用，更好的能在1000°C左右的温度下使用。日前，很多科研机构在对热度铝的抗氧化性进行研究，在提高抗氧化时间、镀层厚度对抗氧化性的时间、镀层的类型对抗氧化性的影响等多个方面进行研究。从大量的试验数据和结果进行比较可以看出，镀铝层的抗氧化性是普通钢材抗氧化性的100多倍。通过对普通的钢材进行表面热镀锌

8、处理能提高抗氧化的能力，耐热耐候钢表面进行热度铝处理也能提高抗氧化的作用，提高其使用性能。郝建堂对耐热钢进行