[發明專利]一種耐磨耐蝕防滑非晶合金涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 201610747362.6
• 申請日: 2016-08-29
• 公開（公告）號: CN107794484A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 張海燕;孫文海;肖治琥;岳智君;徐紅艷;張鎖德;王建強
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所;中國船舶重工集團公司第七0一研究所
• 主分類號: C23C4/129
• 分類號: C23C4/129;C23C4/06;C22C45/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 許宗富,周秀梅

技術領域

本發明涉及非晶合金涂層技術領域，具體涉及一種耐磨耐蝕防滑非晶合金涂層及其制備方法，可用于制備腐蝕或非腐蝕環境下的高耐磨耐蝕防滑涂層。

背景技術

非晶態合金(又稱金屬玻璃)與常規多晶金屬材料相比，非晶態合金呈現出長程無序、短程有序的結構特性，具有許多優異的力學和物理性能。非晶是金屬玻璃領域中非常重要的合金體系，它不僅具有優良的高強度特性，而且在耐腐蝕、抗磨損方面也表現出突出的性能。另外，其制備成本低廉、具有極其廣泛的應用前景。

HVAF超音速火焰噴涂是一種表面強化技術，是表面工程技術的重要組成部分。它是利用燃燒火焰將金屬合金粉末加熱到熔融或半熔融狀態，然后借助焰流或壓縮空氣以一定速度噴射到預處理過的基體表面，沉積而形成具有各種功能(如防腐蝕、耐磨、耐高溫和抗氧化等)的表面涂層的技術。在航空航天、石油化工、原子能等行業獲得了廣泛應用。

工業領域中，鋼鐵作為一種高性能低成本的材料被廣泛應用，但在苛刻惡劣的環境下，例如腐蝕環境、摩擦磨損環境，鋼鐵的使用壽命急劇縮短或不能滿足要求。因此需要在其表面涂覆一種保護性質和性能提高的涂層，以達到使用要求。非晶合金涂層優異的耐蝕性和無磁性，可以使得其在先進船舶殼體上，作為耐蝕涂層；其超高硬度和優良的耐磨耐蝕性能，為在惡劣環境下工作的水泵葉片提供優質的保護；其優異的耐蝕性以及高的硼含量，為核廢料處理工業提供了一種新的材料應用載體，其優異的防滑性能可以為干燥、水、油環境下提供可靠的摩擦力，為特殊環境下的剎車、制動等提供了有效的解決方案，當然還有很多有待開發的應用領域。為此，開發具有我國自主知識產權的高性能非晶合金涂層具有重大的戰略意義。

發明內容

為了解決腐蝕環境下普通鋼材的腐蝕和磨損，提高零件在腐蝕、磨損環境甚至核放射環境的服役壽命和使役性能，本發明提供一種耐磨耐蝕防滑非晶合金涂層及其制備方法。

本發明所采用的技術方案如下：

一種耐磨耐蝕防滑非晶合金涂層，按重量百分含量計，該涂層化學組成如下：Cr：13％～25％；Mo：10％～30％；W：0％～8％；Mn：0％～5％；B：1％～4％；Si：0％～4％；C：0％～4％；Fe：40％～65％；Y：0％～5％；Ca：0％～1％。該涂層化學組成中，其他雜質含量≤3wt.％。

所述非晶合金涂層的基底為碳鋼、不銹鋼或特殊環境用鋼。

所述非晶合金涂層為完全非晶或不完全非晶結構，不完全非晶結構中非晶相含量≥40wt.％。

所述非晶合金涂層與基底的結合強度為52MPa，涂層硬度為1071HV。

該涂層是采用HVAF超音速火焰噴涂的方法制備得到；該方法中，使用丙烷和/或丙烯作為氣體燃料，壓縮空氣作為助燃劑，使用氫氣和氮氣提高工藝的靈活性。

所述HVAF超音速火焰噴涂使用的非晶合金粉末為球形或類球形，使用氣體霧化方法獲得。

所述HVAF超音速火焰噴涂具體工藝參數為：空氣壓力88～98psi；燃氣壓力70～80psi；燃氣流量：125～145SLPM；氫氣流量：20～40SLPM；氮氣流量：20～30SLPM；送粉速率5～10rpm；噴涂距離150～300mm。

本發明有益效果如下：

1、針對現有的等離子噴涂或其他熱噴涂方法制備的非晶合金涂層，在使用過程中發現其非晶形成能力差、制備困難，涂層較脆等缺點。本發明使用了HVAF超音速火焰噴涂制備非晶合金涂層，該方法具有速度快、氧含量低、熱量低、成本低等優點，很好地避免了涂層的氧化和過熱問題，降低了涂層的脆性，擴大了涂層的使用范圍。

2、使用本發明方法獲得的涂層均勻，孔隙率低(≤1％)，具有較高的硬度(≥800HV)，并且具有很好的耐腐蝕性(中性NaCl鹽霧2000小時未出現明顯腐蝕)，防滑性能優異(水磨狀態下摩擦系數可達0.7)。該方法使用的合金粉末微觀結構呈球形，有微量衛星組織，粉末流動性能優異(≤18s/50g)，獲得的涂層呈非晶結構，有部分晶化相出現，非晶含量≥40％。

3、本發明非晶合金涂層與基底的結合強度大，硬度大，具有優異的耐磨、耐蝕和防滑性能，可以在腐蝕環境中滿足耐磨損和防滑的性能要求。

附圖說明

圖1為實施例1粉末形貌及粉末涂層XRD。

圖2為實施例1涂層截面和表面SEM照片；其中：(a)截面；(b)表面。

圖3為實施例1涂層和同成分完全非晶條帶DSC曲線。

圖4為實施例1鹽霧實驗結果。