[發(fā)明專利]一種鐵基非晶合金、其粉末材料以及耐磨防腐涂層

有效

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• 申請日: 2015-06-25
• 公開（公告）號: CN105088108B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黎嘉威;常春濤;馬浩然;董亞強(qiáng);滿其奎;王新敏;李潤偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: C22C45/02
• 分類號: C22C45/02;B22F9/08;B22F1/00;C23C4/06;C23C4/12
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11327
• 代理人: 單英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高非晶形成能力的鐵基非晶合金、其粉末材料以及利用該粉末材料制得的耐磨防腐涂層。

背景技術(shù)

在能源、化工、國防、航空航天和船舶等領(lǐng)域中，部分設(shè)備部件長期滿負(fù)荷的在高溫、氧化、高溫腐蝕和機(jī)械磨損的惡劣環(huán)境下運(yùn)行，致使這些設(shè)備部件極易遭受腐蝕和磨損而損壞，每年的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)幾十億元。如何提高這些設(shè)備的使用性能、延長其使用壽命已成為上述行業(yè)提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益及增強(qiáng)核心競爭力急待解決的首要問題。

采用在設(shè)備基體表面噴涂金屬涂層是解決上述問題的方法之一。

與常規(guī)金屬相比，非晶合金沒有晶粒晶界，缺陷的存在，因而表現(xiàn)出許多優(yōu)異的物理化學(xué)性能。其中，鐵基非晶合金不僅價格低廉，而且耐磨損和耐腐蝕性能優(yōu)越，與常規(guī)涂層相比，用鐵基非晶合金制成的涂層具有高硬度、耐高溫、低磨損、低摩擦系數(shù)等特性。

常用的噴涂方法包括超音速火焰噴涂(High Velocity Oxygen Fuel，簡稱HVOF)、等離子噴涂、電弧噴涂、爆炸噴涂等。其中，相比于其他熱噴涂技術(shù)，利用HVOF技術(shù)制備的涂層不僅非晶含量高、氧含量低、孔隙率低、而且與基體結(jié)合強(qiáng)度高。

因此，近年來利用HVOF技術(shù)制備耐磨防腐的Fe基非晶/納米晶涂層成為研究的熱點。例如，美國Lawrence Livermore國家實驗室等20余家科研機(jī)構(gòu)在國防部先進(jìn)項目研究局(DARPA)的支持下制備了大量的適于制備鐵基非晶合金涂層的成分。如專利文獻(xiàn)US 8480864B2中申請保護(hù)的Fe-Cr-Mo-C-B-Y、Fe-Cr-Mo-Mn-W-C-B-Si等SAM系列牌號合金，其中子吸收能力是不銹鋼和Ni基高溫合金(C22)的7倍，是硼鋼的3倍以上。而且，其耐腐蝕性能遠(yuǎn)優(yōu)于高溫Ni基合金。該合金作為一種低成本的涂層材料時具有超高的強(qiáng)度，較低的摩擦系數(shù)和熱膨脹系數(shù)，優(yōu)異的抗沖擊韌性及耐磨損性，以及突出的高溫紅硬性，同時還具有較好的抗高溫氧化、耐氯點蝕和抗硫化性能，適合于650℃以下寬溫區(qū)范圍內(nèi)的防腐耐磨保護(hù)，因此作為結(jié)構(gòu)涂層材料在上述領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在國內(nèi)，鐵基非晶合金涂層的應(yīng)用引起了學(xué)者們極大的興趣。例如，中科院金屬所、華中科技大學(xué)、北京理工大學(xué)、南昌航空大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等單位相繼開展非晶涂層的研究工作，利用HVOF技術(shù)制備出高質(zhì)量的鐵基非晶涂層。

在鐵基非晶涂層的研究中，非晶形成能力和耐磨防腐性能是涂層重點關(guān)注的性能。為了提高鐵基非晶涂層的非晶形成能力和耐磨防腐性能，通常在非晶材料中添加稀土元素釔(Y)或鉺(Er)等，戰(zhàn)略元素鎢(W)，以及大量鉻(Cr)和鉬(Mo)元素。眾所周知，稀土元素會顯著惡化合金的韌性，不利于涂層的耐磨性能，而且價格昂貴；鎢元素是稀有的高熔點金屬，不利于熔煉或噴涂；鉻元素的提煉會對人體和環(huán)境造成傷害；鉬元素價格較為昂貴，增加原材料成本。因此，通過降低或取代上述元素，開發(fā)出具有高性能的Fe基非晶合金涂層材料具有重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明旨在提供一種鐵基非晶合金，該鐵基非晶合金成本低、熔點低，并且具有高的非晶形成能力，利用該鐵基非晶合金的粉末材料噴涂制得的涂層具有良好的耐磨防腐性能。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明人通過大量實驗探索后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鐵基非晶合金的化學(xué)分子式如下時，該鐵基非晶合金不僅具有良好的塑性，而且具有高的非晶形成能力，利用該鐵基非晶合金的粉末材料噴涂制得的涂層具有優(yōu)異的耐磨、耐腐蝕性能：

Fe_aCr_bNi_cMo_dP_eC_fB_gSi_h

式中a、b、c、d、e、f、g、h為對應(yīng)原子的摩爾百分含量，并且滿足5≤b≤15，2≤c≤15，2≤d≤8，6≤e≤12，2≤f≤6，3≤g≤6，1≤h≤5，a+b+c+d+e+f+g+h＝100。

作為優(yōu)選，6≤b≤12，進(jìn)一步優(yōu)選為8≤b≤10。

作為優(yōu)選，4≤c≤10，進(jìn)一步優(yōu)選為3≤c≤5。

作為優(yōu)選，2.5≤d≤6，進(jìn)一步優(yōu)選為3≤d≤4。

作為優(yōu)選，8≤e≤11，進(jìn)一步優(yōu)選為9.8≤e≤10.5。

作為優(yōu)選，3≤f≤5，進(jìn)一步優(yōu)選為3.5≤f≤4.5。

作為優(yōu)選，4.5≤g≤5.5。

作為優(yōu)選，1.5≤h≤4，進(jìn)一步優(yōu)選為2≤h≤3.5。