专利名称：一种表面含有稀土钇元素的钢铁材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及固态表面冶金，具体是一种表面含有稀土钇元素的钢铁材料及其制备方法。
背景技术：
稀土钇钢铁材料传统的制备方法是用整体冶炼工艺技术获得，虽具有较好的抗氧 化性和耐腐蚀性，但由于稀土元素氧化能力极强，炼钢时加入稀土的工艺很复杂，而且加入 的稀土钇元素用量大，稀土元素是较为贵重元素，正因为如此，稀土钢的使用受到很大限 制。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种用等离子表面冶金技术在钢 铁材料表面渗钇，而获得的表面含有稀土钇元素的钢铁材料及其制备方法，这种方法稀土 用量少，节约元素，工艺简单，产品抗氧化性和耐腐蚀性达到冶金工艺技术制备的整体稀土 钢，但成本价格低廉。本发明一种表面含有稀土钇元素的钢铁材料，是在中、低碳钢的表面采用等离子 渗金属技术，渗入稀土元素钇，获得表面厚度> 50 μ m的合金层，在10 15 μ m内的平均钇 含量为3 35%的钢铁材料，其制备方法，包括如下步骤1、在真空容器中设置阴极和阳极，将含钇99%的钇板和钢铁试样置于真空容器的 阴极上；2、将容器抽真空至5Pa以下；3、在阴、阳极之间加入-1000V的电压；4、将钇板和钢铁试样加温至800 1250°C，保温4 12小时；5、随炉缓冷至室温，即得到表面厚度彡50 μ m的合金层，在距表面10 15μπι内 平均钇含量为3 35%的钢铁材料。所述合金层厚度的主要控制方法是控制保温时间和溅射电压。随着保温时间的 延长，合金层厚度增加。溅射电压在一定范围内升高，合金层厚度增加。所述合金层钇金属含量的主要控制方法是溅射电压和保温温度。随着溅射电压 在一定范围内升高，合金层的钇金属含量升高。随着保温温度的提高，合金层的钇金属含量 升高。所述容器中阴极和阳极的距离为15 500mm之间。所述钇板和钢铁试样的距离为15 50mm之间。经测试，用上述方法获得的表面含有稀土钇元素的表面合金层在距表面10 15 μ m内平均钇含量为3 35 %的钢铁材料，表面合金层厚度彡50 μ m。本发明在真空的状态下，用等离子表面冶金技术在中、低碳钢的表面渗入稀土元 素钇，稀土元素的用量少，加入工艺简单，产品成本低廉，含稀土钇的钢铁材料抗氧化性、耐腐蚀性好，使用寿命长。
具体实施方式
实施例1将尺寸为5011111^8011111^5111111含钇99.9%的钇板作为欲渗钇的供给源，将尺寸为 40mmX20mmX2mm的Q235钢做为被渗试样，将钇板和Q235钢试样同时置于密封的真空容器 中，容器内设置有阴极和阳极的阴极上，抽真空到5Pa以下，在阴极和阳极之间加入-1000V 的高电压，利用阴极溅射，将钇板和试样升到1000°C左右，并保温6小时，此过程中被溅射 出的钇离子、原子及粒子团，迁移并吸附在Q235钢试样表面，高温下扩散进入试样内部，形 成一定厚度的稀土钇合金层。保温结束后，随炉缓冷到室温。通过上述工艺过程，可以形成 表面彡30 μ m的合金层，其中IOym以内平均钇含量为8 20%的钢铁材料。实施例2将钇板和钢铁试样升温在800°C，保温4小时，可以形成表面彡15 μ m的合金层，其 中IOym以内平均钇含量为3 10%的钢铁材料。其他同实施例1。实施例3将钇板和钢铁试样升温在1250°C，保温10小时，可以形成表面彡45 μ m的合金层， 其中12 μ m以内平均钇含量为10 30%的钢铁材料，其他同实施例1。
权利要求
一种表面含有稀土钇元素的钢铁材料，其特征是在中、低碳钢的表面用等离子渗金属技术，渗入稀土元素钇，获得表面厚度≥50μm的合金层，在距表面10～15μm内平均钇含量为3～35％的钢铁材料。
2.权利要求1所述的一种表面含有稀土钇元素的钢铁材料的制备方法，包括如下步骤(1)在真空容器中设置阴极和阳极，将含钇99%的钇板和钢铁试样置于真空容器的阴 极上；(2)将容器抽真空至5Pa以下；(3)在阴、阳极之间加入-1000V的电压；(4)将钇板和钢铁试样加温至800-1250°C，保温4 12小时；(5)随炉缓冷至室温，即得到表面厚度彡50μ m的合金层，在距表面10 15 μ m内平均 钇含量为3 35%的钢铁材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所述合金层厚度的控制方法是，控制保 温时间和溅射电压，随着保温时间的延长，合金层厚度增加，溅射电压在一定范围内升高， 合金层厚度增加；
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所述合金层钇金属含量的控制方法是， 溅射电压和保温温度，随着溅射电压在一定范围内升高，合金层的钇金属含量升高，随着保 温温度的提高，合金层的钇金属含量升高。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所述容器中阴极和阳极的距离为15 500mm之间。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所述钇板和钢铁试样的距离为15 50mm之间。
全文摘要
本发明公开了一种表面含有稀土钇元素的钢铁材料，其特征是在中、低碳钢的表面用等离子渗金属技术，渗入稀土元素钇，获得表面厚度≥50μm的合金层，在距表面10～15μm内平均钇含量为3～35％的钢铁材料。本发明在真空的状态下，用等离子表面冶金技术在中、低碳钢的表面渗入稀土元素钇，稀土元素的用量少，加入工艺简单，产品成本低，表面含稀土钇的钢铁材料抗氧化性、耐腐蚀性达到整体冶金稀土钢的性能，使用寿命长。
文档编号C23C14/54GK101805887SQ201010138859
公开日2010年8月18日 申请日期2010年4月3日 优先权日2010年4月3日
发明者卜根涛, 徐晋勇, 李冰, 王成磊, 申罡, 陈选楠, 高原, 黄学锋 申请人:桂林电子科技大学