[發明專利]一種陶瓷/鐵基非晶復合涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201510593836.1
• 申請日: 2015-09-18
• 公開（公告）號: CN105200363B
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 褚振華;閻殿然;張建新;董艷春;楊勇;陳學廣;黃丹
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C23C4/08
• 分類號: C23C4/08;C23C4/06;C23C4/134;C23C4/073
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙)12210
• 代理人: 趙鳳英

技術領域

本發明涉及一種用于金屬材料表面涂層的材料及制備方法，屬于金屬材料表面涂層技術領域，更具體是設計一種用于制備高耐磨陶瓷/鐵基非晶復合涂層的方法。

背景技術

與常規多晶金屬材料相比，非晶態合金(亦稱金屬玻璃)呈現長程無序、短程有序的結構特性，具有許多優異的力學和物理性能，如：高強度、耐腐蝕、耐磨性、良好的磁性能等，具有巨大的潛在應用前景。Fe基非晶更是由于其價格低廉成為國內外科學領域研究和關注的重要課題之一。然而，由于尺寸的限制，非晶合金的產品主要為薄帶、細絲、粉末等，難以作為結構材料得以應用。

等離子噴涂是一種材料表面強化和表面改性的技術，可以制備具有耐磨、耐蝕、耐高溫氧化及良好結合強度的涂層。而將非晶合金與表面涂層制備技術相結合，即采用現代先進噴涂技術制備大面積厚度可控的非晶涂層，可突破非晶合金尺寸上的限制。將非晶合金作為涂層材料，應用于材料表面技術領域，起到防護作用，或形成特種物理化學性能，拓展非晶材料的應用范圍。哈爾濱工業大學沈軍等(Materials Letters,2012,89:229-232.)研究表明在921A鋼表面噴涂Fe-基非晶涂層后其在H₂SO₄溶液中的自腐蝕電位明顯升高。Kobayashi等(Surface and Coatings Technology,2008,202(12):2513-2518.)人采用等離子噴涂技術制備厚約200μm的鐵基非晶合金涂層，該涂層的耐磨性顯著高于基體。

但是，作為耐磨材料而言，其韌性問題(即抵抗裂紋擴展能力較差，一旦有微裂紋形成便迅速擴展導致涂層剝落)就成為非晶涂層應用的一個制約條件。采用添加第二相來改善非晶韌性是塊體非晶常用的手段。如H.C.Yim等(ActaMater,1999,47(8):2455-2462.)采用外加難熔金屬或陶瓷顆粒促進剪切帶增殖來提高其塑性；或如J.W.Qiao等(Appl.Phys.Lett.2009,94:151905)通過成分設計和控制合金熔體凝固產生內生晶體相來改善非晶塑性。

基于此，在非晶中添加第二相制備陶瓷-非晶復合涂層，來改善非晶涂層的韌性可進一步提高其耐磨性。然而制備得到組織均勻、成分可控的復合涂層是一難點。目前文獻報道的制備方法多是在噴涂過程中靠控制冷卻速度而得到部分非晶(Journal ofthe European Ceramic Society.2011,31(15):2903-2913.)。G.Liu等(Tribol Lett,2012,46:131–138.)將熱噴涂的Fe基非晶涂層，在晶化溫度以上保溫，在基體中析出Fe₂B和(Fe,Cr)B相而制備金屬非晶-陶瓷復合涂層。S.Yugeswaran等(Applied Surface Science,2012,25:88460–8468.)在等離子噴涂Zr-基非晶過程中形成ZrO₂陶瓷相，得到陶瓷-非晶復合涂層。這些制備方法的共性問題是涂層中非晶和陶瓷相比例不可控，性能波動較大。因此，實現添加第二相成分比例可控且能均勻分布于基體，對提高非晶涂層的耐磨性具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是針對當前技術的不足，提供一種陶瓷/鐵基非晶復合涂層的制備方法，該方法采用多路異位送粉等離子噴涂技術，將非晶粉和陶瓷粉分開送粉，這既防止非晶材料的晶化，又確保陶瓷材料的熔融；同時，噴涂工藝中采用同一噴槍，對陶瓷材料和鐵基非晶材料采用不同的槍距送粉，以確保陶瓷材料在非晶基體上均勻分布，且實現陶瓷與非晶兩相比例可以調控。本發明得到的涂層以100％鐵基非晶為基體，在其上均勻的分布著陶瓷晶體相，且陶瓷/非晶兩相比例可依據使用性能的需求而變化，二者構成非晶-陶瓷復合涂層，可實現性能上的互補，在磨損條件下高硬的陶瓷對非晶的軟化起到強化作用，而非晶的軟化會導致脆性陶瓷應力松弛，二者的互補會顯著提高涂層的韌性及耐磨性，達到延長構件使用壽命降低成本節約能源的目的。

本發明的技術方案如下：

一種陶瓷/鐵基非晶復合涂層的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)在噴涂前對合金工件表面進行清潔化預處理；

(2)對預處理好的合金工件進行噴砂粗化活化處理；

(3)采用等離子噴涂技術對步驟(2)得到的經過噴砂粗化活化處理的合金工件表面進行噴涂，得到厚度為80～100微米的粘結底層；