本发明涉及材料表面改性领域，具体涉及一种不锈钢铝涂层的制备方法。
背景技术：
渗铝钢件具有许多优良的特性，包括耐候性、耐蚀性、耐磨性、耐高温氧化性、抗渗碳性、对光(热)的反射性及对氢/氚的阻碍特性等，因而被广泛应用于各个领域，例如石油、化工、冶金、机械、轻工、交通、建筑、电力通讯、航空、太阳能、海洋工程、核能等。
国内外研制渗铝技术主要有机械能助渗渗铝、料浆法渗铝、气相渗铝、热浸铝、辉光离子渗铝、包埋法渗铝、熔盐渗铝、热喷涂渗铝等，其中工业上应用较多的是热浸铝与粉末包埋渗铝。但热浸铝虽然加工效率高，但高温性能不佳，需经过后续的高温退火处理才能做到真正意义上的渗铝钢；而粉末包埋法渗铝也存在污染高而效率不高等问题。中国专利cn1673406a公开了一种钢件快速热渗铝工艺，cn101660116公开了一种钢制散热器热浸渗铝工艺，然而两者步骤较多，在助渗及活化步骤中均含有化学试剂，加工过程中会造成环境污染。因此，研发一种简单可行、安全环保、易于操作和控制、同时涂层与基体之间结合力强的渗铝方法是亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明实际所要解决的技术问题是为了克服现有技术中热浸铝工艺操作过程复杂、得到的产品高温性能不佳、粉末包埋法渗铝工艺的效率低、会造成环境污染等缺陷，提供了一种不锈钢铝涂层的制备方法。本发明的制备方法简单可行、安全环保、易于操作和控制，能够形成稳定的冶金结合结构，铝层与基体结合强度高，铝涂层结构均匀，同时对产品的形状要求低，可以加工复杂部件，有利于工业化生产。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。
本发明提供了一种不锈钢铝涂层的制备方法，其包括下述步骤：惰性气氛下，经过预处理的不锈钢在“氟化物熔盐和/或氯化物熔盐”与金属铝的混合物中反应即可，所述反应的温度为500-700℃。
本发明中，所述预处理的操作和条件可为本领域常规，例如，所述预处理的过程可为将所述不锈钢的表面打磨至1800-2000目，然后依次用去离子水和无水乙醇超声清洗，干燥即可。
其中，较佳地，将所述不锈钢制备成不锈钢试样进行所述预处理，所述锈钢试样的尺寸较佳地为15mm×5mm×1mm；在所述不锈钢的试样上打一个直径为2-3mm的孔；所述打磨较佳地采用sic砂纸逐级进行。
本发明中，所述不锈钢为本领域常规是使用的不锈钢，例如包括铁/镍/铬、铁/铬、镍/铬中的一种或多种，较佳地为316l不锈钢、304不锈钢或hastelloyc276合金。
本发明中，所述氟化物为本领域常规使用的氟化物，例如，所述氟化物可为lif、naf、kf和bef2中的一种或多种，较佳地为lif、kf和naf的混合物。
其中，较佳地，所述lif、kf和naf的混合物中所述lif、所述kf和所述naf的摩尔比为(45-47)：(10-12)：(41-43)，更佳地，所述lif的摩尔百分比为46.5％，所述kf的摩尔百分比为11.5％，和所述naf的摩尔百分比为42％。
本发明中，所述氯化物为本领域常规使用的氯化物，例如，所述氯化物可为nacl、kcl和cacl2中的一种或多种，较佳地为nacl、kcl和mgcl2的混合物。
其中，较佳地，所述nacl、kcl和mgcl2的混合物中所述nacl、所述kcl和所述mgcl2的摩尔比为(32-34)：(20-22)：(44-46)，更佳地，所述nacl的摩尔百分比为33％，所述kcl的摩尔百分比为21.6％，和所述mgcl2的摩尔百分比为45.4％。
本发明中，所述金属铝为本领域常规使用的金属铝，对所述金属铝的形态不做特殊限定，例如，所述金属铝可为铝粉、铝丝和铝块中的一种或多种，较佳地为铝粉。
其中，所述铝粉可为本领域常规使用的铝粉，所述铝粉的粒度较佳地为100-200目；所述铝粉的纯度较佳地为95％以上。
本发明中，所述金属铝的用量可为本领域常规，对所述金属铝的用量不做特殊限定，可根据所需要形成的铝层的厚度进行调整，较佳地，所述金属铝的用量为所用金属铝和所用熔盐的总质量的0.2％-0.5％。
本发明中，所述惰性气氛为本领域技术人员知晓的惰性气氛，一般是指不与本发明的熔盐体系、氯化物或氟化物进行反应的气氛，较佳地为氮气气氛或氩气气氛。
本发明中，较佳地，为避免空气中的氧气和水分等杂质混入熔盐中，所述步骤在氩气气氛保护的手套箱中进行。
本发明中，所述反应的体系较佳地为静态恒温体系。
本发明中，所述反应的时间可根据实际情况来确定，较佳地为5-48h。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
本发明的制备方法简单可行、安全环保、易于操作和控制，降低设备制造和加工成本，能够形成稳定的冶金结合结构，铝层与基体结合强度高，且该层结构均匀，同时对产品的形状要求低，可以加工复杂部件，有利于工业化生产。
附图说明
图1为本发明对比例1得到的316l不锈钢的sem表面形貌图。
图2为本发明实施例1得到的316l不锈钢的sem表面形貌图。
图3为本发明实施例1得到的316l不锈钢的sem截面形貌图。
图4为本发明实施例2得到的316l不锈钢的sem截面形貌图。
图5中a为本发明实施例1得到的316l不锈钢某一部分的sem截面图，图5中b为与其对应元素分析结果图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
本实施例的熔盐体系为flinak熔盐体系。
①316l不锈钢的预处理
利用线切割方法将316l不锈钢切割成尺寸为15mm×5mm×1mm的试样，并在试样上打一个直径为φ2mm的孔。所有试样表面用sic砂纸逐级打磨至2000目，然后依次用去离子水和无水乙醇超声清洗，电吹风冷风吹干。
②316l不锈钢在700℃的flinak熔盐渗铝
将预处理后的316l不锈钢试样加入不锈钢坩埚中，称取200g固态lif-kf-naf(46.5-11.5-42mol％，flinak)盐，然后向flinak盐中加入5000ppm的铝粉(200目，4n)混合均匀。将混合后的盐加入坩埚，放入气氛保护的马弗炉中于700℃恒温保温48h。为避免空气中的氧气和水分等杂质混入熔盐中，整个过程均在氩气气氛保护的手套箱中进行。
实施例2
本实施例的熔盐体系为nacl-kcl-mgcl2(33-21.6-45.4mol％)体系。
①316l不锈钢的预处理
利用线切割方法将316l不锈钢切割成尺寸为15mm×5mm×1mm的试样，并在试样上打一个直径为φ2mm的孔。所有试样表面用sic砂纸逐级打磨至2000目，然后依次用去离子水和无水乙醇超声清洗，电吹风冷风吹干。
②316l不锈钢在700℃的氯盐中渗铝
将预处理后的316l不锈钢试样加入不锈钢坩埚中，称取200g固态nacl-kcl-mgcl2(33-21.6-45.4mol％)盐，然后向该氯盐中加入2000ppm的铝粉(粒度为100目)混合均匀。将混合后的盐加入坩埚，放入气氛保护的马弗炉中于700℃恒温保温48h。为避免空气中的氧气和水分等杂质混入熔盐中，整个过程均在氩气气氛保护的手套箱中进行。
对比例1
本对比例的熔盐体系为flinak熔盐体系。
①316不锈钢的预处理
利用线切割方法将316不锈钢切割成尺寸为15mm×5mm×1mm的试样，并在试样上打一个直径为φ2mm的孔。所有试样表面用sic砂纸逐级打磨至2000目，然后依次用去离子水和无水乙醇超声清洗，电吹风冷风吹干。
②316不锈钢在450℃的flinak熔盐渗铝
将预处理后的316不锈钢试样加入不锈钢坩埚中，称取200g固态lif-kf-naf(46.5-11.5-42mol％，flinak)盐，然后向flinak盐中加入5000ppm的铝粉(200目，4n)混合均匀。将混合后的盐加入坩埚，放入气氛保护的马弗炉中于450℃恒温保温48h。为避免空气中的氧气和水分等杂质混入熔盐中，整个过程均在氩气气氛保护的手套箱中进行。
效果实施例1
由图1可以看出，对比例1中不锈钢表面铝涂层不完整，结构疏松，实际使用过程中易剥落。图2和3分别为实施例1得到的316l不锈钢的sem表面和截面形貌图。图4为实施例2得到的316l不锈钢的sem截面形貌图。由图3和图4可知，采用本发明的方法渗铝得到的铝层结构均匀。
图5中a为实施例1得到的316l不锈钢某一部分的sem截面图，图5中b为与其对应元素分析结果图，图5b中的浅色(灰色)点代表的是铝元素，可以看出，经过处理之后，在铝层与基体材料间有一个过渡层，这层中铝与基体材料互相渗透扩散，这样的结构能保证其结合力牢固，而不是简单的贴在一起。由此可以证明，本发明在渗铝过程中，铝层与基体间相互扩散，从材料表面往内形成一定的浓度梯度，形成了稳定的冶金结合结构，铝层与基体结合强度高。
由以上内容可知，本发明不需要复杂的预处理，不要高温退火，简化了工艺，减少污染，本发明的熔盐体系稳定，挥发少，只需控制熔盐中铝元素浓度以及保温时间即可以制备不同厚度的铝涂层。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。