热浸镀铝是将钢材浸入熔融的铝液中进行Fe、Al原子相互扩散,从而在钢材基体表面形成以Al-Fe合金为过渡层,以Al及少量针状FeAl3为外表层的表面处理技术。Al-Fe合金层主要由Fe2Al5相组成,其次为少量FeAl相。热浸镀钢材在不改变基体力学性能的基础上,大大提高了材料的耐候性、耐蚀性及抗高温氧化性等特点,且成本约为不锈钢的1/4,能为企业增加巨大的经济效益,故近年来已广泛应用于石油、化工、航海、交通等诸多领域。本文以PH型不锈钢为基材进行热浸镀试验,并对浸镀层进行显微组织分析及影响因素研究,为探寻合适的浸镀工艺、改善其表面性能做研究。
试样选用PH型钢板,其化学成分为(质量分数,%):C≤0.07,Si≤1.00,Mn≤1.00,P≤0.04,S≤0.03,余为Fe。尺寸为60.0mm×20.0mm×3.0mm。铝液材料为工业纯铝,坩埚型电阻炉加热,可控硅温度控制器控制炉温。熔铝埚为钢质坩埚。
浸镀铝层之前,试样要经过预处理:除油除锈和助镀处理。将铝液加热至720~750℃,同时加入适量覆盖剂防止铝液面被氧化,保温1~2h,将助镀后的试样预热到约250℃,然后浸入铝液中,浸镀一定时间取出。将浸镀后的试样放入盐酸、硝酸、磷酸和氢氟酸的混合液中进行后处理,以除去粘附在表面的熔剂和污染物等。
在一定浸镀温度和浸镀时间范围内,浸镀层厚度会随浸镀温度的升高和浸镀时间的延长而增厚,但超过这个范围,浸镀层不会再有大的变化。对15-5PH型不锈钢试样而言,最佳浸镀温度为740℃,最佳浸镀时间为4min。为防止铝液表面被氧化,一种方法是加入由AlF3、NaF、KCl、NaCl组成的混合熔剂,其中氟化物约30%;另一种方法是向铝液中加入Si、Ga、Re等微量元素,增强铝液自身的抗氧化能力,也能得到表面光亮、洁净、均匀的镀层。抛光处理一方面改善镀件外观质量,另一方面对镀件表面起钝化作用,故在热浸镀中采取准确的抛光工艺也至关重要。