[科普中国]-喷镀扩散渗铝

喷镀扩散渗铝工艺是在工件表面静电喷铝后，为防止在扩散退火中氧化及铝液流失，先涂水玻璃并撒一层硅砂，惊干后再涂一层，然后将工件送人(600℃左右的) 炉中，等待缓慢升温至950~1050℃后，保温2- 4小时，等待炉冷至600℃后，出炉空冷。如此处理后渗层厚度约0.2mm。钢板采用这一方法渗铝时，扩散退火前预热至650℃、压延3%。1

概述渗铝是一种或多种金属原子渗入金属工件表层内的化学热处理工艺。将金属工件放在含有渗入金属元素的渗剂中，加热到一定温度，保持适当时间后，渗剂热分解所产生的渗入金属元素的活性原子便被吸附到工件表面，并扩散进入工件表层，从而改变工件表层的化学成分、组织和性能。与渗非金属相比，金属元素的原子半径大，不易渗入，渗层浅，一般须在较高温度下进行扩散。金属元素渗入以后形成的化合物或钝化膜，具有较高的抗高温氧化能力和抗腐蚀能力，能分别适应不同的环境介质。

原理喷镀扩散渗铝的原理是将喷铝的物件表面进行高温(800～1000℃)热处理，使喷铝层中的铝熔化并向基体内部扩散渗透，从而形成铝铁化合物和固溶体结晶组织的表面。这种表面具有耐高温、抗氧化和防腐蚀的性能。只要渗铝层表面具有一定的含铝量(不低于7%)，就能保护基体金属，减慢以致阻止氧化和腐蚀。渗铝层的铝在高温下与氧作用，在物件表面形成一层致密的氧化铝保护薄膜2。

工艺喷镀渗铝法实质上是由两个完全分开的工序组成的。这两个工序即金属喷镀及扩散退火。

操作这种渗铝时，应和固体渗铝一样，做好工件表面处理工作，然后将熔融的金属铝喷为雾状，并随气流的高速喷至工件表而上，形成喷镀层。喷镀层的厚度是喷镀渗铝工艺中一项重要的工艺参数，从热安定性的观点来看，自然愈厚愈好，但厚了在扩散退火时极易因熔化而流失，渗铝层也易过脆而剥落。一般推荐喷镀层厚度在0．2～0.7毫米之间，当工件使用温度较高(如900～1000℃)时，应采用此范围的上限，反乏则用下限3。

电解渗铝电解法渗铝是在坩埚（墨或金属）中盛金属铝（也可用铝屑），上面放1：1（物质的量比）的NaCl+KCl混合盐，另加少量冰晶石。坩埚和铝接为阳极，工件接为阴极。在惰性气氛的保护下加热使盐熔化，然后通人电流，使铝离子向带有异种电荷的工件表面运动，在工件表面放电、沉积，并立即浸入工件内形成表面合金层。由于电解渗铝时是釆用熔盐作为加热介质，因此这种方法又叫做熔盐电解渗铝。

渗铝层的厚度主要取决于加热温度、电解时间和电流密度。渗铝层的厚度随渗铝时间的增大而增大。当温度一定时，渗层厚度与时间呈抛物线的关系。此外，电流密度越高，渗层厚度越大。

与热浸渗铝法相比较，熔盐电解法具有如下特点：

（1）工件受到阴极电流的保护作用，固不被熔盐腐蚀；

（2）渗铝层均匀，耗铝量少；

（3）处理温度范围宽，可省去热浸铝后的扩散退火工序。

应用低碳钢渗宿代替附热钢制在800~900℃下工作的炉内构件(炉罐、料盘、护底板等)及其他工业（航空、汽车、电站、船舶等)中的耐热构件，得到了广泛的应用。

喷镀扩散渗铝主要用于化工、冶金、建筑部门使用的管道、容器，能节约大量不锈钢和耐热钢。在机械制造部门，渗铝的应用范围也不断扩大。低碳钢工件渗铝后可在780℃下长期工作。在900～980℃环境中，渗铝件的寿命比未渗铝件显著提高。18-8型不锈钢和铬不锈钢渗铝后，在594℃硫化氢气氛中，抗腐蚀能力比未渗铝的大大增加。760℃ 时在含铅燃料燃烧产物的腐蚀下工作的汽车排汽阀，或是在900℃下工作的燃气轮机叶片，渗铝后的腐蚀抗力都有明显增加4。

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学