[發明專利]一種鐵基非晶涂層的制備方法

無效

• 申請號: 201010575897.2
• 申請日: 2010-12-07
• 公開（公告）號: CN102041468A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: 柳林;郭瑞強;張誠;諶祺;李寧
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C23C4/06
• 分類號: C23C4/06
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域：

本發明涉及鐵基非晶合金領域，特別涉及一種鐵基非晶合金涂層的制備方法。

背景技術：

鐵基非晶合金自從被發現以來，以其超高的強度、低的材料成本、優異的軟磁性能和良好的耐磨、耐腐蝕性等特點而備受關注。然而，由于鐵基非晶合金室溫塑性較差，且大尺寸鐵基非晶合金較難制備，限制了其作為結構材料的應用。因此，非晶合金作為涂層的應用成為一個很具前景的研究方向。

涂層的制備方法有很多種，與其它制備方法相比，如化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、電鍍、化學鍍、電刷鍍、激光熔覆等，熱噴涂制備涂層技術具有成本低、效率高、面積大、環境友好等優點，成為目前應用最廣泛的耐磨、耐腐蝕涂層的制備工藝。近年來，雖然有人用等離子噴涂、電弧噴涂等熱噴涂方法制備出非晶涂層，但由于噴涂成本較高，而且所制備涂層孔隙率較高，限制了其應用范圍。

超聲霧化是在超聲波的作用下，液體在氣相中分散而形成微細霧滴的過程。超聲霧化最早報道于1927年，此后大量的研究人員積極地將超聲霧化技術應用于各個工程領域。20世紀50年代末，超聲技術被應用于霧化金屬熔液從而制備金屬粉末，經過數十年的發展歷程已逐步改善成為一種能量利用率高、惰性氣體消耗量小而所制備粉末的球形度好、粒度可控、粒度范圍窄的金屬粉末制備技術。

活性燃燒高速燃氣(Activated?Combustion-High?Velocity?Air?Fuel，AC-HVAF)噴涂是介于傳統超音速火焰噴涂和冷噴涂之間的新噴涂工藝，其原理是通過壓縮氣體與燃料燃燒產生的高速氣流加熱粉體，使之加熱到熔融或半熔融狀態，同時將粉體加速至700m/s以上噴射到基體表面，從而沉積成致密度高和氧化物含量低的涂層。該噴涂工藝對噴涂材料的熱退化影響非常低，制備的涂層具有良好的耐腐蝕及耐磨損性能，而且生產效率比傳統超音速噴涂高。

發明內容：

本發明針對現有技術的缺點而設計提供了一種鐵基非晶涂層及其制備工藝，其目的在于利用相對廉價的鐵基非晶粉末，以最新發展起來的空氣代替氧氣的活性燃燒高速燃氣(AC-HVAF)噴涂工藝為制備方法，在保留高性能的前提下，降低非晶涂層的制備成本，使其大規模工業應用成為可能。

本發明提供了一種鐵基非晶合金涂層的制備方法，以非晶合金粉末為原料，采用活性燃燒高速燃氣(AC-HVAF)噴涂工藝制備非晶合金涂層，其特征在于：所述非晶合金粉末由下述元素和不可避免的雜質組成，原子百分比：

Cr?16.0～19.0；

Mn?1.0～3.0；

Mo?4.0～9.0；

W??1.0～3.0；

B??13.0～17.0；

C??2.5～4.5；

Si?1.0～3.5；

Fe余量。

采用超聲氣體霧化技術制備非晶合金粉末，粉末粒度為：15-45μm。

然后，利用以空氣代替氧氣的活性燃燒高速燃氣(AC-HVAF)噴涂工藝制備鐵基非晶涂層，具體噴涂工藝參數為：空氣壓力0.4～0.8MPa，一級燃燒室壓力0.3～0.6MPa，二級燃燒室壓力0.2～0.4MPa，噴涂距離100～300mm，送粉速率1～8rpm。

所制備涂層的孔隙率低于0.5％，氧含量為0.48％。

本發明的諸多優勢及應用領域如下：

1.本發明選用了一種最新發展起來的具有高耐蝕性的鐵基非晶成分，該成分含有較多的耐蝕元素Cr，Mo，W等；非金屬元素C，B，Si使得其具有良好的玻璃形成能力及高硬度，該合金成本低廉，易于工業化生產；另外，制備的非晶粉末具有非常好的流動性，很適合利用噴涂工藝制備涂層。

2.本發明采用了一種十分適于制備非晶涂層的活性燃燒高速燃氣(AC-HVAF)噴涂技術，由于其以空氣代替氧氣，使得所制備涂層的氧化程度極低，有利于非晶相的形成，同時，大大降低了噴涂成本。

3.本發明所獲得的鐵基非晶涂層，與基體結合緊密，具有很高的硬度和非常致密的結構，孔隙率低于0.5％，氧含量僅為0.48％；優異的耐蝕性及其獨特的無磁性使其在船舶、水力及油氣田開發設施、無磁艦船外殼領域有著極大的應用前景；而且由于其B含量較高，具有良好的中子吸收能力，可以用于核廢料處理。

附圖說明：

附圖1為氣體霧化鐵基非晶粉末的掃描電鏡(SEM)微觀形貌圖；

附圖2為氣體霧化制備的Fe-Cr-Mn-Mo-W-B-C-Si非晶合金粉末及活性燃燒高速燃氣火焰噴涂(HVAF)制備的涂層的X射線衍射結果；

附圖3為涂層截面的掃描電鏡(SEM)圖；