②热浸镀铝层的形成以及影响因素

热浸镀铝层的形成可分为以下三个步骤。

a．表面洁净的钢铁浸入熔融的铝液，铝液在钢铁表面浸润。

b．形成由铝铁金属间化合物组成的扩散层，扩散层由FeAl3（θ相）和Fe2Al5（η相）组成。

c．工件从铝液中提升出来时表面附着一层与铝液成分相同的镀层。

热浸镀铝层便是由过程b形成的扩散层和过程c形成的镀铝层组成。

（2）粉末渗铝 粉末渗铝是扩散型渗铝的主要工艺之一。将钢铁或高温合金与渗铝剂一同装箱并密封，在800～950℃加热扩散数小时，冷却后可获得扩散型渗铝层。

渗铝剂主要为AI（或Al/Fe）-NH4Cl-Al2O3型，在渗铝过程中发生如下反应：

NH4Cl—→NH3↑+HCl↑；6HCl+2Al—→2AlCl3+3H2↑；Fe+AlCl3—→FeCl3+[Al]

上述反应中，在钢铁表面析出的[Al]活性原子渗入工件，形成完全由铝铁化合物组成的渗铝层。

（3）其他渗铝工艺

①热镀扩散法将钢铁工件热浸镀铝后再在800～950℃的温度下进行扩散，使得热镀铝表面的镀铝层全部转变成铝铁化合物层，形成扩散型渗铝层。

②料浆法渗铝 将固体渗铝剂加粘接剂和水调成料浆，涂覆在工件表面，加热扩散渗铝。

③电泳一扩散渗铝利用电泳法将铝粉均匀涂覆在工件表面，然后加热扩散渗铝。加热温度过低于500%时，只能形成铝烧结涂层。加热温度高于600℃时，可形成扩散型渗铝层。

④热喷涂-扩散渗铝 采用热喷涂或静电喷涂的方法，在工件表面上涂覆一层铝，再进行热扩散渗铝。

（1）热浸镀铝层的性能

①耐大气腐蚀性能（见表1-1）。

②耐热性能 普通碳钢热浸镀铝后，在空气中的耐热性与Crl3型不锈钢相当，在SO2、H2S等气氛中的高温耐蚀性能甚至优于18-8型不锈钢。

（2）扩散型渗铝层的性能

①力学性能 钢件经渗铝后，抗高温蠕变性能有所提高。试验结果见表1-2。

②高温下的耐腐蚀性能 扩散型渗铝主要用于提高钢铁材料及高温合金在高温空气、H2S、SO2、熔盐等环境下的耐腐蚀性能。其性能见表1-3～表1-5。

注：表中数据为失重，单位mg/cm2。

（1）铝铬共渗（或铬铝共渗）铝铬共渗可采用多种工艺方法，其工艺见表1-6。

铬铝共渗主要用于提高钢铁和耐热合金的抗高温氧化和热腐蚀性能。如图《几种铬铝共渗层在900℃下的抗高温氧化性能对比》所示，渗层的铬、铝含量不同，耐高温氧化性能也有明显的差异。

（2）铬铝硅共渗铬铝硅三元共渗一般采用粉末法。铬、铝、硅供剂有两种系列，即Al-Cr2O3-SiO2和Al（或AIFe）-Cr（或SiC）。填充剂仍用Al2O3、SiC也可兼作填充剂。活化剂采用NH4Cl或AlF3。

铬铝硅三元共渗可提高钢铁和耐热合金的抗高温氧化、热疲劳性能。

（3）镀镍渗铝及镀镍铝铬共渗 527铁合金电镀镍后，在750℃×6～8h下进行粉末渗铝或铝铬共渗，镀镍渗铝层厚度为40～70/μm，主要为FeAl3、Fe2Al5和Ni2Al3；镀镍铝铬共渗层厚度为25～35μm。两层渗层都具有良好的抗高温氧化性能，与单一的渗铝抗高温氧化性能对比见下表。

气体渗铝是在严格密封的贯通式炉或井式炉中进行。渗铝气氛为铝的卤化物，其反应机理与固体粉末法相似。气氛可以在渗铝炉外预先制取，然后再通入炉内，亦可在渗铝炉内直接制备。

渗铝剂采用块状铝铁合金，尺寸为10—30mm。渗铝剂的活化处理如下：将铝铁块装入容器内，加入0.5%～1%氟化氢铵（NH4HF2），放水漫过其表面，在低于300℃炉内把水煮干。在此过程中，NH4HF2加入后，分解成NH4F和HF，氢氟酸与铝铁合金发生反应：

2Fe2Al5+42HF—→4FeF3+10AlF3+21H2↑

经活化处理后的铝铁块呈黄褐色，表面附着NH4F、FeF3、AlF3的混合物。将活化处理后的渗铝剂放入鸟笼式夹具中。炉内保护气体可用氢气或氩气，但氢气易爆，故常采用价格较贵的氩气。

生产实践表明，镍基合金经950℃、2h气体渗铝，可获得厚度为20μm的渗层。与固体渗铝比较，气体渗铝能获得质量更稳定的渗层，生产效率也高些。

喷镀渗铝是先将铝喷镀在经过彻底清理的和表面粗糙的工件上，构成黏着牢固的铝覆盖层，再进行加热扩散，使铝扩散到工件表层内而形成铁铝合金层。这种方法主要用于钢铁制件的防腐蚀。喷镀铝常常采用火焰喷涂、等离子喷涂等方法。喷铝后的工件通常要在800—1000℃温度下进行5h的扩散退火，以使铝层和基体发生扩散发应，形成铁铝合金层。有时，为了美化工件的外观，在喷—渗后还需用金属刷进行表面清理。

喷镀渗铝的特点是工艺和设备比较简单，基本上不受设备、工件的形状限制，适于覆盖大型构件或工件，尤其适用于工件的大批量生产或有大面积的单件生产。

电泳渗铝就是先用电泳法将铝粉牢固而均匀地沉积在工件表面上，然后再进行加热扩散，使铝渗人工件表面形成合金层。

电泳渗铝的工艺流程如下：

除油→吹干→电泳沉积铝→吹干→热扩散处理→表面处理。

经过电泳沉积后的工件，需再经过加热扩散处理，将工件表面铝的机械结合变为冶金结合。扩散处理可在井式炉中进行，罐底放置经过活化处理的铁铝合金，通过氢气或氩气保护作用，经950℃、1.5h加热扩散后，锻造镍基合金可获得约25μm的扩散渗层。当提高扩散温度至1000℃时，1.5h所获得的渗层可大于30μm；而850℃，1.5h则可获得15—20μm厚的扩散层。

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，然后通入电流，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。由于电解渗铝时是采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。

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。