一種表面含有稀土釔元素的鋼鐵材料及其製備方法
2023-05-05 15:28:51
專利名稱：一種表面含有稀土釔元素的鋼鐵材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及固態表面冶金，具體是一種表面含有稀土釔元素的鋼鐵材料及其製備方法。
背景技術：
稀土釔鋼鐵材料傳統的製備方法是用整體冶煉工藝技術獲得，雖具有較好的抗氧 化性和耐腐蝕性，但由於稀土元素氧化能力極強，煉鋼時加入稀土的工藝很複雜，而且加入 的稀土釔元素用量大，稀土元素是較為貴重元素，正因為如此，稀土鋼的使用受到很大限 制。
發明內容
本發明的目的是為克服現有技術的不足，提供一種用等離子表面冶金技術在鋼 鐵材料表面滲釔，而獲得的表面含有稀土釔元素的鋼鐵材料及其製備方法，這種方法稀土 用量少，節約元素，工藝簡單，產品抗氧化性和耐腐蝕性達到冶金工藝技術製備的整體稀土 鋼，但成本價格低廉。本發明一種表面含有稀土釔元素的鋼鐵材料，是在中、低碳鋼的表面採用等離子 滲金屬技術，滲入稀土元素釔，獲得表面厚度> 50 μ m的合金層，在10 15 μ m內的平均釔 含量為3 35%的鋼鐵材料，其製備方法，包括如下步驟1、在真空容器中設置陰極和陽極，將含釔99%的釔板和鋼鐵試樣置於真空容器的 陰極上；2、將容器抽真空至5Pa以下；3、在陰、陽極之間加入-1000V的電壓；4、將釔板和鋼鐵試樣加溫至800 1250°C，保溫4 12小時；5、隨爐緩冷至室溫，即得到表面厚度彡50 μ m的合金層，在距表面10 15μπι內 平均釔含量為3 35%的鋼鐵材料。所述合金層厚度的主要控制方法是控制保溫時間和濺射電壓。隨著保溫時間的 延長，合金層厚度增加。濺射電壓在一定範圍內升高，合金層厚度增加。所述合金層釔金屬含量的主要控制方法是濺射電壓和保溫溫度。隨著濺射電壓 在一定範圍內升高，合金層的釔金屬含量升高。隨著保溫溫度的提高，合金層的釔金屬含量 升高。所述容器中陰極和陽極的距離為15 500mm之間。所述釔板和鋼鐵試樣的距離為15 50mm之間。經測試，用上述方法獲得的表面含有稀土釔元素的表面合金層在距表面10 15 μ m內平均釔含量為3 35 %的鋼鐵材料，表面合金層厚度彡50 μ m。本發明在真空的狀態下，用等離子表面冶金技術在中、低碳鋼的表面滲入稀土元 素釔，稀土元素的用量少，加入工藝簡單，產品成本低廉，含稀土釔的鋼鐵材料抗氧化性、耐腐蝕性好，使用壽命長。
具體實施方式
實施例1將尺寸為5011111^8011111^5111111含釔99.9%的釔板作為欲滲釔的供給源，將尺寸為 40mmX20mmX2mm的Q235鋼做為被滲試樣，將釔板和Q235鋼試樣同時置於密封的真空容器 中，容器內設置有陰極和陽極的陰極上，抽真空到5Pa以下，在陰極和陽極之間加入-1000V 的高電壓，利用陰極濺射，將釔板和試樣升到1000°C左右，並保溫6小時，此過程中被濺射 出的釔離子、原子及粒子團，遷移並吸附在Q235鋼試樣表面，高溫下擴散進入試樣內部，形 成一定厚度的稀土釔合金層。保溫結束後，隨爐緩冷到室溫。通過上述工藝過程，可以形成 表面彡30 μ m的合金層，其中IOym以內平均釔含量為8 20%的鋼鐵材料。實施例2將釔板和鋼鐵試樣升溫在800°C，保溫4小時，可以形成表面彡15 μ m的合金層，其 中IOym以內平均釔含量為3 10%的鋼鐵材料。其他同實施例1。實施例3將釔板和鋼鐵試樣升溫在1250°C，保溫10小時，可以形成表面彡45 μ m的合金層， 其中12 μ m以內平均釔含量為10 30%的鋼鐵材料，其他同實施例1。
權利要求
一種表面含有稀土釔元素的鋼鐵材料，其特徵是在中、低碳鋼的表面用等離子滲金屬技術，滲入稀土元素釔，獲得表面厚度≥50μm的合金層，在距表面10～15μm內平均釔含量為3～35％的鋼鐵材料。
2.權利要求1所述的一種表面含有稀土釔元素的鋼鐵材料的製備方法，包括如下步驟(1)在真空容器中設置陰極和陽極，將含釔99%的釔板和鋼鐵試樣置於真空容器的陰 極上；(2)將容器抽真空至5Pa以下；(3)在陰、陽極之間加入-1000V的電壓；(4)將釔板和鋼鐵試樣加溫至800-1250°C，保溫4 12小時；(5)隨爐緩冷至室溫，即得到表面厚度彡50μ m的合金層，在距表面10 15 μ m內平均 釔含量為3 35%的鋼鐵材料。
3.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵是所述合金層厚度的控制方法是，控制保 溫時間和濺射電壓，隨著保溫時間的延長，合金層厚度增加，濺射電壓在一定範圍內升高， 合金層厚度增加；
4.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵是所述合金層釔金屬含量的控制方法是， 濺射電壓和保溫溫度，隨著濺射電壓在一定範圍內升高，合金層的釔金屬含量升高，隨著保 溫溫度的提高，合金層的釔金屬含量升高。
5.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵是所述容器中陰極和陽極的距離為15 500mm之間。
6.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵是所述釔板和鋼鐵試樣的距離為15 50mm之間。
全文摘要
本發明公開了一種表面含有稀土釔元素的鋼鐵材料，其特徵是在中、低碳鋼的表面用等離子滲金屬技術，滲入稀土元素釔，獲得表面厚度≥50μm的合金層，在距表面10～15μm內平均釔含量為3～35％的鋼鐵材料。本發明在真空的狀態下，用等離子表面冶金技術在中、低碳鋼的表面滲入稀土元素釔，稀土元素的用量少，加入工藝簡單，產品成本低，表面含稀土釔的鋼鐵材料抗氧化性、耐腐蝕性達到整體冶金稀土鋼的性能，使用壽命長。
文檔編號C23C14/54GK101805887SQ201010138859
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月3日 優先權日2010年4月3日
發明者卜根濤, 徐晉勇, 李冰, 王成磊, 申罡, 陳選楠, 高原, 黃學鋒 申請人:桂林電子科技大學