本發明涉及海綿鈦生產技術領域，具體涉及一種表面滲鈦工藝。

背景技術：

金屬表面的防護處理在很多領域都廣泛應用，其中一個應用在于對海綿鈦生產用的新反應器內表面的處理。因為用鎂還原真空蒸餾法生產海綿鈦，是將熔融狀態的金屬鎂和液體四氯化鈦在反應器內發生還原反應生成海綿狀的金屬鈦。反應器通常是用鍋爐鋼板(20g)或不銹鋼(1cr18ni9ti)制作，在高溫狀態下，與原料和產品直接接觸的反應器內壁和其它鋼鐵構件中的鐵將以雜質形式轉入產品中，進而影響產品海綿鈦的質量。

對新反應器內壁進行滲鈦處理的研究始于上世紀60年代，其目的就是要給新反應器內壁增加保護層，防止鐵對產品的污染。但以前的方法都是要把鈦粉涂抹在反應器內壁，在隨后的高恒溫過程中靠粘附于器壁的鈦粒與鐵作用完成滲鈦。這種辦法至今已沿用了半個多世紀，但表面滲鈦處理效果并不理想。用老辦法滲鈦的新反應器生產的產品中鐵含量只能控制在0.1％左右，所以第一爐產品鐵含量在0.15％即為合格。老辦法不僅效果不好，還要消耗大量價值昂貴的鈦粉。同時由于操作過程中的不慎進氣等原因，還極易造成滲鈦處理失敗。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種表面滲鈦工藝，本發明提供的表面滲鈦工藝能夠提高器件表面的滲鈦質量，減少器件的材料轉入產品中。

為實現上述目的，本發明提供一種表面滲鈦工藝，所述工藝包括：

a、在容器內裝入固體鎂和海綿鈦顆粒后封閉；

b、將步驟a中封閉后的容器進行脫氣處理；

c、對脫氣后的容器進行升溫并在升溫過程中加入四氯化鈦；

d、將升溫后的容器進行保溫處理后冷卻。

可選的，在步驟a中將待表面處理的器件放入所述容器中后封閉，所述待表面處理的器件例如為30mm*30mm*10mm鐵板，可以懸吊在密閉的容器中，或者任何器件熔點在1000度以上金屬或非金屬均可在此容器中進行表面滲鈦。

可選的，步驟a中固體鎂與海綿鈦顆粒的重量比為1：(10-20)。

可選的，步驟b中經過所述脫氣處理的容器內壓力為負0.085-負0.090mpa。

可選的，步驟c中升溫速度為10-20℃/分鐘，容器內壓力為0.02-0.04mpa，所述固體鎂與四氯化鈦的重量比為1：(10-20)。

可選的，步驟d中所述保溫處理的溫度為900-1000℃，時間為8-12小時，壓力為大氣壓。

可選的，所述方法還包括：在進行步驟a之前，將所述容器在鹽酸中進行浸泡處理，并用水清洗后吹干。

可選的，所述鹽酸的濃度為20-30％重量，浸泡處理的時間為3～10天。

本發明具有如下優點：

本發明提供的工藝是一種可廣泛應用于多種金屬及部分非金屬表面處理并根據需要對其進行鍍鈦、滲鈦的新工藝。在特定容器中，控制適當的溫度和壓力，加入適量的四氯化鈦、小顆粒海綿鈦及少量的還原劑金屬鎂。利用四氯化鈦的還原反應，及四氯化鈦被還原過程中生成的低價鈦的歧化反應。在一系列氣相反應的過程中，使初生態的原子鈦在欲處理的金屬表面附著形核及晶粒長大，并在溫度升高后完成滲鈦過程。

附圖說明

圖1是本發明工藝一種具體實施方式的流程示意圖。

具體實施方式

以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。

如圖1所示，本發明提供一種表面滲鈦工藝，所述工藝包括：a、在容器內裝入固體鎂和海綿鈦顆粒后封閉；b、將步驟a中封閉后的容器進行脫氣處理；c、對脫氣后的容器進行升溫并在升溫過程中加入四氯化鈦；d、將升溫后的容器進行保溫處理后冷卻。

本發明使用一種能夠抽真空和加熱的容器，在適當的溫度壓力條件下，通過加入液態的四氯化鈦和容器內預先放置的固態的金屬鎂、海綿鈦發生一系列化學反應，從而對置于容器內的欲處理的金屬及部分非金屬表面(包括容器內壁)實現鍍鈦、滲鈦的新工藝。實現該過程所需的鈦取自于加入的液態四氯化鈦及小顆粒海綿鈦。其反應機理是利用四氯化鈦在一定條件下和鎂發生還原反應、和鈦發生二次反應，同時，四氯化鈦在被還原過程中生成的低價鈦發生的歧化反應，具體反應方程式見下式：

ticl4+2mg＝ti+2mgcl2

3ticl4+ti＝4ticl3

ticl4+ti＝2ticl2

2ticl3＝ticl2+ticl4

2ticl2＝ti+ticl4

在一系列氣相反應的過程中，使初生態的原子鈦在欲處理的金屬表面附著形核及晶粒長大，形成均勻的鍍膜，并在溫度升高后完成滲鈦及形成合金的過程。該工藝立意新穎，方法簡便，科學合理，有明顯的經濟效益和推廣價值。

另外，為了同時對其他需要表面滲鈦的器件進行處理，在步驟a中可以將待表面處理的器件放入所述容器中后封閉。該器件可以是金屬材料也可以是非金屬材料。

根據實際需要，固體鎂與海綿鈦顆粒的重量比可以進行調整，一般在1：(10-20)。

為了防止鎂在高溫下被氧化，因此需要先將容器中空氣抽走，例如，步驟b中經過所述脫氣處理的容器內壓力可以為負0.085-負0.090mpa。

四氯化鈦與鎂和海綿鈦均會發生反應，從而在容器以及器件的表面逐漸生成晶粒，完成滲鈦過程，由于四氯化鈦高溫下是氣體，為了防止升溫過程中容器內部壓力過大，步驟c中升溫速度可以為10-20℃/分鐘，容器內壓力可以為0.02-0.04mpa，所述固體鎂與四氯化鈦的重量比可以為1：(10-20)。

當溫度升到保溫溫度之后，需要進行保溫使滲鈦過程完成，例如，步驟d中所述保溫處理的溫度為900-1000℃，時間為8-12小時，壓力為大氣壓。

為了防止容器表面氧化層影響滲鈦過程，所述方法還可以包括：在進行步驟a之前，將所述容器在鹽酸中進行浸泡處理，并用水清洗后吹干。例如，所述鹽酸的濃度為20-30％重量，浸泡處理的時間為3～10天。

下面提供本發明工藝的一種具體實施方式，但是并不因此而限制本發明。

1)在特制容器(反應器)內放置少量固體鎂，同時放置小顆粒海綿鈦適量，并放入欲進行表面處理的材料和器件。使容器密閉，放入加熱電爐。

2)在低溫狀態下，對容器內做脫氣處理。

3)在隨后的升溫過程中往容器內通入適量四氯化鈦，壓力維持在0.02～0.04mpa。

4)緩慢階段性升溫至1000℃并恒溫10小時。同時注意調整容器內外壓差平衡。

5)停電，從電爐內取出容器并冷卻。

本發明的工藝利用四氯化鈦在特定的溫度壓力條件下與還原劑鎂發生的還原反應、與鈦發生的二次反應，及四氯化鈦在被還原過程中生成的低價鈦的歧化反應。在一系列氣相反應的過程中，利用氣相遷移使初生態的原子鈦在欲處理的金屬表面附著形核及晶粒長大，并使鍍膜在溫度升高后完成滲鈦過程，該工藝也適用于部分非金屬材料的表面處理。

實施例1

應用本發明工藝對生產海綿鈦使用的新反應器內壁進行滲鈦處理。

1、將新反應器經檢驗合格后在稀鹽酸(濃度為10-20％重量)中浸泡5天，然后用水清洗干凈，并用壓縮空氣吹干。

2、在反應器內放置少量固體鎂和少量小顆粒海綿鈦，固體鎂與海綿鈦的重量比為1：10或15之間。

3、將組裝好的反應器放入加熱電爐，上好加料管。

4、對反應器進行低溫脫汽。啟動真空泵抽空至-0.085mpa，送電升溫，在150℃恒溫1小時，300℃恒溫2小時。

5、在隨后的升溫過程中緩慢加入適量四氯化鈦，四氯化鈦與固體鎂的重量比為15-25：1。加料過程要注意保持器內壓力。

6、緩慢階段性升溫至1000℃恒溫10小時。升溫過程要注意反應器內外壓力平衡。

7、恒溫結束，在維持微正壓條件下上好盲板，確保密封。

8、出爐冷卻，冷卻后即可拆爐，完成對新反應器的滲鈦作業。

實施例2

在應用實施例1的基礎上(即本發明所用特制容器選生產海綿鈦使用的反應器)，在反應器內所置支架上懸掛需進行表面鍍鈦、滲鈦處理的金屬(或非金屬)器件。按應用實施例1操作，即可在要處理器件表面完成鍍鈦、滲鈦作業。對不同金屬或非金屬材質器件需采用不同的溫度、壓力等工藝條件進行。

實施例1-2具有如下效果：本發明的應用實施例1對生產海綿鈦使用的新反應器內壁進行滲鈦。不用鈦粉而代之以少量廢鈦坐原料，采用本發明所述的全新工藝完成對新反應器的滲鈦。用試驗生產的12臺新反應器生產的第一爐產品的質量分析結果，除前幾爐調整工藝參數外，穩定生產的后7爐產品鐵含量均小于0.03％，其中5爐為0.01％。說明本發明的新工藝能使產品的鐵雜質含量由0.1％下降到0.01％，用新反應器可直接生產出優質產品，也就是說用這種新方法對新反應器進行滲鈦處理效果極佳。

用該方法對其它多種金屬及部分非金屬表面進行鍍鈦、滲鈦同樣可收到很好的效果。

雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施例對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發明要求保護的范圍。