[發明專利]一種鎳基非晶合金涂層的制備方法

在審

• 申請號: 201710120282.2
• 申請日: 2017-03-02
• 公開（公告）號: CN107012460A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 張培磊;聶云鵬;李雷;莊喬喬
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C45/02;C22C45/04
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司31227
• 代理人: 曹莉

技術領域

本發明屬于非晶涂層領域，特別涉及一種鎳基非晶合金涂層的制備方法。

背景技術

與傳統晶態合金材料相比，塊體非晶合金材料在多項使用性能方面具有十分明顯的優勢，主要表現如下：(1)具有更為優異的力學性能，如高屈服強度、大彈性應變極限、屈服前基本上完全彈性、屈服時基本上完全塑性、無加工硬化現象、高疲勞抗力以及高耐磨性等。隨著塊體非晶合金系的不斷涌現，金屬材料的強度也不斷被刷新，Mg塊體非晶合金的強度從最初的600MPa，發展到了目前的800MPa，Cu基合金中Cu-Fe-Ta-B合金的強度達到了5000MPa，創造了自然界中金屬材料強度最高記錄。但是非晶合金需要極大的冷去速度，一般涂層加工方法難以滿足。隨著激光技術的發展，激光功率越來越大，能夠獲得的激光能量密度也越來越高，這為非晶合金材料的激光制備提供了堅實的硬件保障。

經對現有技術的文獻檢索發現，專利201510028097.1公開了一種熱噴涂鎳基自熔合金非晶涂層，是將鎳基自熔合金制備為噴涂粉，采用熱噴涂的方式將其噴涂在工件表面，形成所述鎳基自熔合金非晶涂層。此種方法采用的合金為自熔性粉末，熔點低易形成非晶，單會導致孔隙率高易失效。專利201510745939.5公開了一種高熱穩定性鐵基非晶涂層及其制備方法：采用鎳拉毛或者電弧噴涂Ni/Al的方式在基底材料上制備打底層，再采用電弧噴涂在打底層上沉積鐵基非晶涂層。此種方法制備的涂層結合牢固，但是制備過程復雜，成本較高。所以目前急需開發一種直接制備高性能非晶合金涂層的方法。

專利201010246236.6鐵基非晶涂層的激光制備方法，是熔覆和重熔結合，而本發明是直接熔覆，更加簡單和方便。

發明內容

本發明的目的是提供一種鎳基非晶合金涂層的制備方法，該制備方法不需要額外處理工藝輔助就可以獲得致密的非晶合金涂層，而且涂層與基本的界面結合強度高，硬度高。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種鎳基非晶合金涂層的制備方法，其步驟包括，

(1)將質量百分比為2％-5％釓單質粉末、3％-5％鈮單質粉末、5％-15％硼單質粉末、12％-15％硅單質粉末、31％-35％鐵單質粉末及30％-44％Ni單質粉末組成的熔覆合金粉末進行機械球磨、干燥；

優選的，將質量百分比為2％-5％釓單質粉末、3％-5％鈮單質粉末、10％-12％硼單質粉末、12％-15％硅單質粉末、33％-35％鐵單質粉末及30％-40％Ni單質粉末組成的熔覆合金粉末進行機械球磨、干燥。

(2)利用同步送粉激光熔覆技術，在氬氣保護下進入激光輻射下的金屬熔池，形成鎳基非晶熔覆涂層；

激光熔覆技術工藝參數為，激光功率為12-14kW、光斑直徑1-4mm、掃描速度7-10m/min、保護氬氣流量為20-30L/min、送粉量為15-25g/min。

所述機械球磨的轉速為600轉/min，球墨時間為60分鐘。

干燥的時間為45分鐘，干燥的溫度為150℃。

鎳基非晶熔覆涂層的厚度為300-400微米，硬度為800-1000HV0.2。若涂覆層太厚容易引起熔覆層氣孔、裂紋等缺陷；涂覆層太薄制備的熔覆層可能因為太薄而無實際應用價值。

所述步驟(2)中，激光熔覆技術工藝參數為，激光功率為12-13kW、光斑直徑1.5-2mm、掃描速度8-9m/min、保護氬氣流量為22L/min、送粉量為18g/min。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

(1)熔覆粉末由單質粉末機械混合而成，工藝簡單，粒徑可控，成分調整靈活；

(2)同步送粉與激光同時耦合，充分利用激光的高能量密度特性與基體的自散熱特征，獲得大冷卻速度形成非晶涂層，效率高、能耗低、步驟少；

(3)涂層與基體是冶金結合，界面結合強度高，而且涂層的硬度高，達到800-1000HV_0.2

(4)本方法不需要額外處理工藝輔助就可以獲得致密的非晶合金涂層；

(5)本發明中的材料加入單質粉釓，因為稀土元素可以細化熔覆層晶粒，均勻化熔覆層合金元素分布，且稀土元素與合金中其它元素的混合熱大部為負數，微量釓的加入可導致組元數的增加和各組元間強烈的結合力，可使過冷液態區內出現穩定的短程序結構，抑制非晶基體中晶體相的形核與長大，獲得非晶含量高的涂層。

附圖說明

圖1為實施例1中的制得的熔覆涂層的形貌圖。