超声波热镀铝技术评述

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1、第22卷第4期材料热处理学报Vol.22No.42001年12月TRANSACTIONSOFMATERIALSANDHEATTREATMENTDecember2001超声波热镀铝技术评述夏原,彭丹阳(中国科学院力学研究所,北京100080)摘要:对热浸铝的历史进行了简要回顾,分析了其镀层组织结构及形成机理。在此基础上,讨论了添加元素和外场作用对于热浸镀铝的影响,对新出现的超声热镀技术进行了较为详细的分析和介绍,并提出了新的思路和建议。关键词:热浸铝;过渡层;凝固;超声场中图分类号:TG1741443文献标识码

2、:A文章编号:100926264(2001)0420025206自20世纪60年代以来,人们在熔剂法热浸铝工状金属复合材料是利用复合技术使两种或者两种以上艺方面做了大量工作,相继研究出多种助镀剂、表面物理、化学、力学性能不同的金属在界面上实现牢固的熔剂以改善钢件浸铝的表面质量,提高涂层与基体的冶金结合而制备的一种新型材料,尽管金属基本保持结合力。但还存在以下问题:(1)对提高铝与铁之间各自原有的特性,但其综合性能比单一金属优越。浸润性的各种熔剂选择,控制气氛的合理优化不够科钢铁表面镀铝是提高钢材使用性能的一类

3、方[2～4]学;(2)镀层微观结构及控制生长机制尚不明确;(3)法,其中包括热浸铝、热喷铝、渗铝和真空镀铝缺乏对镀层基本工艺条件的系统性研究。等。主要分为三大类:液态镀铝、固态镀铝、气态镀国内外关于新型镀铝方式的研究报导不多,随着铝。其中液态镀铝方法得到了普遍关注。热浸镀技术的不断发展,对机械化、自动化设备的要自1939年美国公司进行了钢热浸铝(HotDip求越来越迫切。因而,如何改进镀铝方式成为急需解Aluminizing,HDA)的工业化生产后,各国材料科学工决的问题。超声热浸镀铝研究的出现,拓展出外场作

4、作者开始对热浸铝工艺镀层生长理论及工程应用进用下热浸铝技术新的热点。功率超声的引入不但缩行多层次的深入研究。根据镀前处理方法把热浸铝短了热浸镀时间,而且由于液体中无所不在的超声波工艺分为如下几类,即:森吉米尔(Sendzimir)法强烈空化效应,使得复杂工件的各个部位如孔洞、缝保护气体法英国涂层金属公司法隙、内壁等均可得以充分处理,可极大地提高镀层表美国Sharon法改良森吉面质量及结合力。这种超声镀铝方式更是迎合了我米尔法国能源发展和环境保护等方面的需要。近10年来,熔盐预热法超声空化已成为多种学科的基础研

5、究热点。热浸铝熔剂法二浴法水溶液助镀法1钢的热浸铝方法和镀层特性超声镀铝法钢材镀铝后表面复合为铝或铝合金薄层,成为铁预镀金属法[1]铝复合材料,这属于层状金属复合材料的一类。层表面钝化法早期钢材热浸铝的方法是将脱脂、除锈后的工件收稿日期:2001205230;修订日期:2001208228先施加金属底镀层(镀铜、锡、锌),然后再浸入熔融铝基金项目:国家自然科学基金资助(50071066)作者简介:夏原(1963—),男,中国科学院力学研究所研究员,博液中热浸铝。但底层的金属会熔入铝液,从而改变镀士。主要从事金

6、属材料表面技术的研究,包括热浸稀土铝、锌及离子液成分,影响镀层性能。由于工艺过程复杂,不适于镀TiN、TiC涂层理论与工程应用。先后发表论文20余篇,拥有7项工业化生产。随着研究的深入,在工艺上已发展为两国家专利,参加制定了热浸镀方面的国家标准。联系电话:010-[5]大体系:一是以T.Sendzimir为代表的保护气体法热6255419026材料热处理学报第22卷[6,7]浸铝;另一类是以G.A.Moller及M.Hughe等为代图1[a],相界面发生反应,一定时间后便生成金属间表的熔剂法热浸铝。化合物Fe

7、Al3(θ相)[b],随着铝铁原子进一步扩散,合111保护气体法金层达到一定厚度,由于浓度起伏,FeAl3表面出现采用氧化与还原过程作为清除钢表面污物的主Fe2Al5微区(η相)[c],Fe2Al5晶体在生成后开始沿C要手段。初期基本过程为在450℃加热氧化气氛中轴快速生长,形成柱状结晶区。这时反应由扩散过程脱脂、去污→800℃还原气氛中去掉氧化物→得到纯控制,一方面Fe2Al5柱状晶向铁基体一侧快速生长,净铁表面→在熔融铝液中镀覆。适用于连续化工业另一方面铁原子穿过其相邻的FeAl3层进行扩散,并生产,工业

8、过程需保护气氛控制,故设备复杂。同时向铝液中渗透。Fe2Al5相生长及铁向铝中扩散112熔剂法速度的加快,使得铝在铁基体中的固溶区消失,最后使用专用的助镀剂或熔融熔剂来增进Al和Fe形成的整个合金层中只有Fe2Al5相柱状晶[d～f]。的结合。过程为脱脂、除锈等前处理→在净化的钢表[10]G.Adam依据相图也提出了相应的镀层生长模面上浸涂助镀剂,形成致密助镀剂薄膜→在熔融铝液型,但未经可靠的证实。