一种碳钢坩埚的表面处理工艺

1.本发明涉及碳钢表面处理技术领域，特别是涉及一种碳钢坩埚的表面处理工艺。


背景技术：

2.坩埚是镁合金熔炼制成镁合金铸锭的主要设备之一，目前镁合金熔炼坩埚主要采用碳钢材料制成，然而，铁质坩埚在使用过程中极容易发生氧化，在碳钢坩埚表面形成铁锈，利用这种坩埚进行镁合金熔炼，铁锈极易脱落，使得镁合金中铁元素含量增高，从而对镁合金造成二次污染，降低镁合金的耐蚀性和机械性能。
3.在一些研究中，在碳钢坩埚表面刷涂涂料以避免镁合金在熔炼过程被污染，但是涂料容易脱落，保护效果欠佳。


技术实现要素：

4.基于此，本发明的目的是提供一种碳钢坩埚的表面处理工艺。本发明是将碳钢坩埚依次进行渗碳、渗镁、渗锌以及渗铝处理，从而提高碳钢坩埚的机械性能，提高其耐腐蚀和抗氧化性能。
5.本发明所述碳钢坩埚的表面处理工艺，步骤如下：
6.(1)碳钢坩埚表面预处理
7.将碳钢坩埚依次进行表面打磨、酸洗、水洗、干燥处理；
8.(2)碳钢坩埚表面渗碳
9.将表面预处理的碳钢坩埚进行渗碳处理，其中渗碳温度为900～950℃，渗碳时间为5～12h，碳势为0.8～1.0％；
10.(3)碳钢坩埚渗镁
11.将镁粉熔融成镁液，然后将渗碳后的碳钢坩埚置于镁液中10-20min进行渗镁，渗镁温度为800-850℃,取出后自然冷却至室温，去除碳钢坩埚表面多余的纯镁层；
12.(4)碳钢坩埚渗锌
13.将锌粉熔融成锌液，然后将渗镁后的碳钢坩埚置于锌液中1-5min进行渗锌，渗锌温度为450-500℃,取出后自然冷却至室温，去除碳钢坩埚表面多余的纯锌层；
14.(5)碳钢坩埚渗铝
15.将铝粉熔融成铝液，然后将渗锌后的碳钢坩埚置于铝液中1-3min进行渗铝，渗铝温度为700-750℃，去除后自然冷却至室温，去除表面多余的纯铝层；
16.(6)热处理
17.将渗铝后的碳钢坩埚在温度为500-800℃下进行回火处理3-6h，自然冷却至室温。
18.优选的，步骤(2)所述的渗镁温度为820-840℃，渗镁时间为10-15min。
19.优选的，步骤(3)所述的碳锌温度为460-480℃，渗锌时间为3-5min。
20.优选的，步骤(4)所述渗铝温度为720-750℃。
21.优选的，步骤(5)所述回火温度为600-700℃。
22.与现有技术相比，本发明公开了以下技术效果：
23.本发明将碳钢坩埚进行表面预处理后，依次进行渗碳、渗镁、渗锌以及渗铝处理，最后进行回火热处理，从而提高了碳钢坩埚的机械性能以及耐腐蚀、抗氧化性能。本发明的表面处理方式极大提高了碳钢坩埚的使用寿命，同时操作难度低，具有较高的经济价值。
具体实施方式
24.下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.本发明的目的是提供一种碳钢坩埚的表面处理工艺。
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
27.实施例1
28.一种碳钢坩埚的表面处理工艺，步骤如下：
29.(1)碳钢坩埚表面预处理
30.将碳钢坩埚依次进行表面打磨、酸洗、水洗、干燥处理；
31.(2)碳钢坩埚表面渗碳
32.将表面预处理的碳钢坩埚进行渗碳处理，其中渗碳温度为920℃，渗碳时间为8h，碳势为0.9％；
33.(3)碳钢坩埚渗镁
34.将镁粉熔融成镁液，然后将渗碳后的碳钢坩埚置于镁液中12min进行渗镁，渗镁温度为830℃,取出后自然冷却至室温，去除碳钢坩埚表面多余的纯镁层；
35.(4)碳钢坩埚渗锌
36.将锌粉熔融成锌液，然后将渗镁后的碳钢坩埚置于锌液中5min进行渗锌，渗锌温度为470℃,取出后自然冷却至室温，去除碳钢坩埚表面多余的纯锌层；
37.(5)碳钢坩埚渗铝
38.将铝粉熔融成铝液，然后将渗锌后的碳钢坩埚置于铝液中2min进行渗铝，渗铝温度为730℃，去除后自然冷却至室温，去除表面多余的纯铝层；
39.(6)热处理
40.将渗铝后的碳钢坩埚在温度为650℃下进行回火处理5h，自然冷却至室温。
41.实施例2
42.一种碳钢坩埚的表面处理工艺，步骤如下：
43.(1)碳钢坩埚表面预处理
44.将碳钢坩埚依次进行表面打磨、酸洗、水洗、干燥处理；
45.(2)碳钢坩埚表面渗碳
46.将表面预处理的碳钢坩埚进行渗碳处理，其中渗碳温度为920℃，渗碳时间为8h，碳势为0.9％；
47.(3)碳钢坩埚渗镁
48.将镁粉熔融成镁液，然后将渗碳后的碳钢坩埚置于镁液中10min进行渗镁，渗镁温度为830℃,取出后自然冷却至室温，去除碳钢坩埚表面多余的纯镁层；
49.(4)碳钢坩埚渗锌
50.将锌粉熔融成锌液，然后将渗镁后的碳钢坩埚置于锌液中4min进行渗锌，渗锌温度为480℃,取出后自然冷却至室温，去除碳钢坩埚表面多余的纯锌层；
51.(5)碳钢坩埚渗铝
52.将铝粉熔融成铝液，然后将渗锌后的碳钢坩埚置于铝液中2min进行渗铝，渗铝温度为730℃，去除后自然冷却至室温，去除表面多余的纯铝层；
53.(5)热处理
54.将渗铝后的碳钢坩埚在温度为650℃下进行回火处理5h，自然冷却至室温。
55.实施例3
56.一种碳钢坩埚的表面处理工艺，步骤如下：
57.(1)碳钢坩埚表面预处理
58.将碳钢坩埚依次进行表面打磨、酸洗、水洗、干燥处理；
59.(2)碳钢坩埚表面渗碳
60.将表面预处理的碳钢坩埚进行渗碳处理，其中渗碳温度为920℃，渗碳时间为8h，碳势为0.9％；
61.(3)碳钢坩埚渗镁
62.将镁粉熔融成镁液，然后将渗碳后的碳钢坩埚置于镁液中10min进行渗镁，渗镁温度为830℃,取出后自然冷却至室温，去除碳钢坩埚表面多余的纯镁层；
63.(4)碳钢坩埚渗锌
64.将锌粉熔融成锌液，然后将渗镁后的碳钢坩埚置于锌液中4min进行渗锌，渗锌温度为480℃,取出后自然冷却至室温，去除碳钢坩埚表面多余的纯锌层；
65.(5)碳钢坩埚渗铝
66.将铝粉熔融成铝液，然后将渗锌后的碳钢坩埚置于铝液中1min进行渗铝，渗铝温度为750℃，去除后自然冷却至室温，去除表面多余的纯铝层；
67.(6)热处理
68.将渗铝后的碳钢坩埚在温度为700℃下进行回火处理3h，自然冷却至室温。
69.实施例4
70.一种碳钢坩埚的表面处理工艺，步骤如下：
71.(1)碳钢坩埚表面预处理
72.将碳钢坩埚依次进行表面打磨、酸洗、水洗、干燥处理；
73.(2)碳钢坩埚表面渗碳
74.将表面预处理的碳钢坩埚进行渗碳处理，其中渗碳温度为920℃，渗碳时间为8h，碳势为0.9％；
75.(3)碳钢坩埚渗镁
76.将镁粉熔融成镁液，然后将渗碳后的碳钢坩埚置于镁液中10min进行渗镁，渗镁温度为820℃,取出后自然冷却至室温，去除碳钢坩埚表面多余的纯镁层；
77.(4)碳钢坩埚渗锌
78.将锌粉熔融成锌液，然后将渗镁后的碳钢坩埚置于锌液中4min进行渗锌，渗锌温度为480℃,取出后自然冷却至室温，去除碳钢坩埚表面多余的纯锌层；
79.(5)碳钢坩埚渗铝
80.将铝粉熔融成铝液，然后将渗锌后的碳钢坩埚置于铝液中1min进行渗铝，渗铝温度为750℃，去除后自然冷却至室温，去除表面多余的纯铝层；
81.(6)热处理
82.将渗铝后的碳钢坩埚在温度为600℃下进行回火处理6h，自然冷却至室温。
83.实施例5
84.一种碳钢坩埚的表面处理工艺，步骤如下：
85.(1)碳钢坩埚表面预处理
86.将碳钢坩埚依次进行表面打磨、酸洗、水洗、干燥处理；
87.(2)碳钢坩埚表面渗碳
88.将表面预处理的碳钢坩埚进行渗碳处理，其中渗碳温度为920℃，渗碳时间为8h，碳势为0.9％；
89.(3)碳钢坩埚渗镁
90.将镁粉熔融成镁液，然后将渗碳后的碳钢坩埚置于镁液中15min进行渗镁，渗镁温度为840℃,取出后自然冷却至室温，去除碳钢坩埚表面多余的纯镁层；
91.(4)碳钢坩埚渗锌
92.将锌粉熔融成锌液，然后将渗镁后的碳钢坩埚置于锌液中3min进行渗锌，渗锌温度为460℃,取出后自然冷却至室温，去除碳钢坩埚表面多余的纯锌层；
93.(4)碳钢坩埚渗铝
94.将铝粉熔融成铝液，然后将渗锌后的碳钢坩埚置于铝液中3min进行渗铝，渗铝温度为720℃，去除后自然冷却至室温，去除表面多余的纯铝层；
95.(5)热处理
96.将渗铝后的碳钢坩埚在温度为600℃下进行回火处理4h，自然冷却至室温。
97.对比例1
98.一种碳钢坩埚的表面处理工艺，步骤如下：
99.(1)碳钢坩埚表面预处理
100.将碳钢坩埚依次进行表面打磨、酸洗、水洗、干燥处理；
101.(2)碳钢坩埚渗镁
102.将镁粉熔融成镁液，然后将预处理后的碳钢坩埚置于镁液中12min进行渗镁，渗镁温度为830℃,取出后自然冷却至室温，去除碳钢坩埚表面多余的纯镁层；
103.(3)碳钢坩埚渗锌
104.将锌粉熔融成锌液，然后将渗镁后的碳钢坩埚置于锌液中5min进行渗锌，渗锌温度为470℃,取出后自然冷却至室温，去除碳钢坩埚表面多余的纯锌层；
105.(4)碳钢坩埚渗铝
106.将铝粉熔融成铝液，然后将渗锌后的碳钢坩埚置于铝液中2min进行渗铝，渗铝温度为730℃，去除后自然冷却至室温，去除表面多余的纯铝层；
107.(5)热处理
108.将渗铝后的碳钢坩埚在温度为650℃下进行回火处理5h，自然冷却至室温。
109.对比例2
110.一种碳钢坩埚的表面处理工艺，步骤如下：
111.(1)碳钢坩埚表面预处理
112.将碳钢坩埚依次进行表面打磨、酸洗、水洗、干燥处理；
113.(2)碳钢坩埚表面渗碳
114.将表面预处理的碳钢坩埚进行渗碳处理，其中渗碳温度为920℃，渗碳时间为8h，碳势为0.9％；
115.(3)碳钢坩埚渗镁
116.将镁粉熔融成镁液，然后将渗碳后的碳钢坩埚置于镁液中12min进行渗镁，渗镁温度为830℃,取出后自然冷却至室温，去除碳钢坩埚表面多余的纯镁层；
117.(4)碳钢坩埚渗铝
118.将铝粉熔融成铝液，然后将渗镁后的碳钢坩埚置于铝液中2min进行渗铝，渗铝温度为730℃，去除后自然冷却至室温，去除表面多余的纯铝层；
119.(5)热处理
120.将渗铝后的碳钢坩埚在温度为650℃下进行回火处理5h，自然冷却至室温。
121.对比例3
122.一种碳钢坩埚的表面处理工艺，步骤如下：
123.(1)碳钢坩埚表面预处理
124.将碳钢坩埚依次进行表面打磨、酸洗、水洗、干燥处理；
125.(2)碳钢坩埚渗铝
126.将铝粉熔融成铝液，然后将预处理后的碳钢坩埚置于铝液中2min进行渗铝，渗铝温度为730℃，去除后自然冷却至室温，去除表面多余的纯铝层；
127.(3)热处理
128.将渗铝后的碳钢坩埚在温度为650℃下进行回火处理5h，自然冷却至室温。
129.将实施例以及对比例制备的碳钢坩埚用于镁合金熔融铸锭，其中利用实施例1-5的坩埚制备的镁合金锭中铁含量没有明显变化，而利用对比例1-3的坩埚制备的镁合金锭中铁含量分别提高了1.2wt％、2.3wt％、8.0wt％。
130.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
131.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种碳钢坩埚的表面处理工艺，其特征在于，所述工艺步骤如下：(1)碳钢坩埚表面预处理将碳钢坩埚依次进行表面打磨、酸洗、水洗、干燥处理；(2)碳钢坩埚表面渗碳将表面预处理的碳钢坩埚进行渗碳处理，其中渗碳温度为900～950℃，渗碳时间为5～12h，碳势为0.8～1.0％；(3)碳钢坩埚渗镁将镁粉熔融成镁液，然后将渗碳后的碳钢坩埚置于镁液中10-20min进行渗镁，渗镁温度为800-850℃,取出后自然冷却至室温，去除碳钢坩埚表面多余的纯镁层；(4)碳钢坩埚渗锌将锌粉熔融成锌液，然后将渗镁后的碳钢坩埚置于锌液中1-5min进行渗锌，渗锌温度为450-500℃,取出后自然冷却至室温，去除碳钢坩埚表面多余的纯锌层；(5)碳钢坩埚渗铝将铝粉熔融成铝液，然后将渗锌后的碳钢坩埚置于铝液中1-3min进行渗铝，渗铝温度为700-750℃，去除后自然冷却至室温，去除表面多余的纯铝层；(6)热处理将渗铝后的碳钢坩埚在温度为500-800℃下进行回火处理3-6h，自然冷却至室温。2.根据权利要求1所述碳钢坩埚的表面处理工艺，其特征在于，步骤(2)所述的渗镁温度为820-840℃，渗镁时间为10-15min。3.根据权利要求1所述碳钢坩埚的表面处理工艺，其特征在于，步骤(3)所述的碳锌温度为460-480℃，渗锌时间为3-5min。4.根据权利要求1所述碳钢坩埚的表面处理工艺，其特征在于，步骤(4)所述渗铝温度为720-750℃。5.根据权利要求1所述碳钢坩埚的表面处理工艺，其特征在于，步骤(5)所述回火温度为600-700℃。

技术总结
本发明公开了一种碳钢坩埚的表面处理工艺，涉及碳钢表面处理技术领域。本发明是将碳钢坩埚进行表面预处理后，依次进行渗碳、渗镁、渗锌以及渗铝处理，最后进行回火热处理，从而提高了碳钢坩埚的机械性能以及耐腐蚀、抗氧化性能。本发明的表面处理方式极大提高了碳钢坩埚的使用寿命，同时操作难度低，具有较高的经济价值。济价值。


技术研发人员：戴甲洪
受保护的技术使用者：长江师范学院
技术研发日：2022.02.10
技术公布日：2022/5/25