[發明專利]一種鐵基非晶納米晶復合涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201510761774.0
• 申請日: 2015-11-10
• 公開（公告）號: CN105220084A
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發明（設計）人: 李峰偉;杜平;王益山;魏剛;向東;張會權;檀驚濤;賈軍;周文華;左運峰
• 申請（專利權）人: 中國石油集團渤海鉆探工程有限公司
• 主分類號: C22C45/02
• 分類號: C22C45/02;C23C4/06;C23C4/12
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 王夢

技術領域

本發明屬于涂層材料技術領域，特別涉及一種鐵基非晶納米晶復合涂層及其制備方法。

背景技術

斷裂、腐蝕和磨損是金屬材料失效的三種主要方式，其中最嚴重的損失在于材料的磨損，占總消耗量的50％左右。各類磨損、腐蝕所引起的失效往往發生于材料及其構件的表面，為了防止一些在高速、高溫、高壓、重載、腐蝕介質等條件下工作的零件因其表面局部損壞而使整個零件報廢，為提高零件的可靠性，延長使用壽命，研究人員開發了大批實用、先進、高效的表面工程技術修復或強化零件表面，制備出優于本體材料性能的表面功能薄層，賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射等性能。

近年來，隨著非晶合金的發現以及對其研究的深入，非晶合金的高抗腐蝕性、高強度、高硬度和高抗磨損性讓人們在提高材料耐磨耐腐蝕性能上產生了一種新的思路。由于非晶合金涂層相對較易實現，人們相繼開發出了熱噴涂、激光熔覆、化學鍍等一系列非晶涂層制備方法。但是這些方法制備的非晶涂層與基體的結合強度較弱、涂層厚度太薄，從而在一定程度上限制了它的發展和應用。

目前國內外專利報道的非晶涂層制備方法更多的在于熱噴涂、激光熔覆等方法制備的薄涂層，而堆焊方法由于過程中冷卻速度較低，得到非晶涂層的難度相對較大，使得在這方面的專利報道較少。CN103128421B報道了“一種鐵基非晶/納米晶復合涂層的制備方法”，采用手工電弧焊的方法制備出一種鐵基非晶/納米晶復合涂層。與手工電弧焊相比，等離子堆焊不僅堆焊效率高、堆焊質量好，而且操作方便、安全。

發明內容

本發明的目的在于提供一種硬度高，耐磨性能好，抗裂紋性能好的鐵基非晶納米晶復合涂層。

本發明另一目的是提供一種簡單、可靠、安全、低成本的鐵基非晶納米晶復合涂層的制備方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種鐵基非晶納米晶復合涂層及其制備方法，通過等離子堆焊法制備而成。該方法可以很容易的制備厚度達幾個毫米的堆焊層，并且該方法為冶金結合工藝，相對于現有鐵基非晶納米晶涂層的熱噴涂法，即機械結合方法，等離子堆焊方法使得堆焊涂層與基材結合的更為牢固。所述等離子堆焊法包括下述具體步驟：

(1)將工業上使用的純金屬Fe、Cu、Si、Mn和工業上用的Fe-Ni、Fe-Nb、Fe-B、Fe-C合金按比例配制成原料并制備成粒度為100～300μm的合金粉末；

(2)對基材表面依次進行氧化物去除和表面清洗；

(3)采用等離子堆焊機，將經步驟(1)制備好的合金粉末堆焊成合金涂層，其中，等離子堆焊機的各項工藝參數為：焊接電壓為25～30V、焊接電流為140～190A、焊接速度為35～40mm/min、保護氣流速度為10～12L/min，送粉速度為15～25g/min，擺動幅度為20～30mm；

其中，鐵基非晶納米晶復合涂層的堆焊涂層厚度按實際要求進行控制。

(4)等離子堆焊結束后，將等離子堆焊涂層和基材在空氣中自然冷卻到室溫即完成該鐵基非晶納米晶復合涂層的制備。

優選地，所述步驟(1)中所述合金粉末采用真空氣霧法制備而成：將工業上使用的純金屬Fe、Cu、Si、Mn和工業上用的Fe-Ni、Fe-Nb、Fe-B、Fe-C合金按比例配制后置于真空感應爐中熔化、精煉，然后將熔融的金屬液體倒入保溫坩堝中并進入霧化爐中，經高壓氣體流霧化并在霧化塔中凝固、沉降，落入收粉罐中得到。

其中，上述合金粉末除了可以采用現有技術中將純金屬或者合金以粉末或塊體配制成所需比例原料，經熔化后采用水霧化或者氣霧化的方法霧化成粉末的方法進行制備；也可以采用將純金屬或者合金以粉末或塊體配制成所需比例原料，熔化后凝固、粉碎，即采用物理方法制備粉末；或者采用本領域技術人員慣用的其他方法制備。

優選地，所述步驟(1)中按照比例配制的合金粉末的成分為：

Fe_70.89Ni_1.37Cu_1.34Nb_3.1B_18.77C_2.75Si_1.01Mn_0.77，其中，各數值為原子百分數。