[發明專利]一種用于原位合成耐高溫沖蝕非晶涂層的粉芯絲材及應用

在審

• 申請號: 202010591221.6
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111676437A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 張顯程;程江波;葛云云;賈云飛;張保森;梁秀兵;王潤梓
• 申請（專利權）人: 華東理工大學;河海大學
• 主分類號: C23C4/06
• 分類號: C23C4/06;C23C4/131;B22F1/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 宋麗榮

本發明涉及一種用于原位合成耐高溫沖蝕非晶涂層的粉芯絲材，由不銹鋼外皮包覆粉芯制成，其中，所述粉芯的成分質量百分含量范圍如下：鉻硼粉30?45％，碳化硼粉8?15％，硅鐵8?15％，鈮鐵粉35?45％。本發明還提供一種采用上述粉芯絲材原位合成的耐高溫沖蝕非晶涂層。本發明還提供上述粉芯絲材在原位合成耐高溫沖蝕非晶涂層上的應用。本發明通過合金粉末和陶瓷粉末摻雜制備的非晶涂層具有優異的抗高溫沖蝕磨損性能，為機械工程裝備在高溫環境下沖蝕磨損難題的解決提供了一種行之有效的措施，應用前景廣闊。

技術領域

本發明涉及工程裝備關鍵零部件表面抗高溫沖蝕磨損防護，更具體地涉及一種用于原位合成耐高溫沖蝕非晶涂層的粉芯絲材及應用。

背景技術

工程材料的磨損方式有多種形式，其中沖蝕磨損是一種較為常見的形式，是造成機器設備及其零部件損壞報廢的重要原因，對工業生產具有極大的危害性。例如：塵埃或砂粒對高速旋轉飛機發動機的沖蝕磨損，可使其壽命下降90％；壓縮機葉片因沖蝕磨損，導致局部失速；火力發電系統中的管路、煤氣化系統中的耐磨件、泥漿泵中的過流部件等，均存在沖蝕磨損；管道輸送裝置中，管道在彎頭處的沖蝕磨損率約是直管處的50倍。為有效控制沖蝕磨損對機械零部件造成的損傷，延長設備和材料的使用壽命，國內外學者也進行了有關沖蝕磨損多方面的研究，采用表面技術在基材表面涂覆一層具有一定厚度的陶瓷或合金涂層，是一種行之有效的防護措施。雖然國內在抗沖蝕磨損涂層方面也有研究報道，但均處于起步階段，采用物理氣相沉積技術制備的用于抗沖蝕耐磨的陶瓷硬質涂層仍沒有在實際中得到應用。我國在抗沖蝕磨損涂層制備技術及應用落后于歐美等發達國家，從而導致國產飛機在砂塵環境下的飛行壽命短、可靠性及安全性能差，這在一定程度上制約了我國的國防能力。而且隨著社會的發展，設備、器件的要求越來越高和服役條件越來越嚴苛，傳統的表面涂層材料已難以滿足工程構件在嚴苛環境下的長壽命服役需求，發展高效的新型耐高溫沖蝕防護涂層勢在必行。

CN201710860694.X公開了一種制備高非晶含量涂層用的粉芯絲材及其制備方法和應用，其中，所述絲材由430不銹鋼外皮包覆粉芯制成，粉芯由七種元素的合金粉末混合而成，粉芯成分質量百分比含量范圍如下：6～15wt.％Cr、4～6wt.％B、3～5wt.％Si、4～7wt.％Nb、8～12wt.％Mo、1～2.5wt.％C、余量為Fe；粉芯的填充率為37-39％，粉芯絲材的直徑為2mm。該專利申請雖能形成高非晶含量的涂層，但其粉芯材料均采用合金粉末組成，因此在高溫環境下涂層內部非晶結構產生的相變使得其使役力學性能還有待評估，且元素組成較多導致粉芯填充率增大，從而加大了絲材的制備難度。

發明內容

針對機械工程裝備關鍵部件在高溫環境下沖蝕磨損失效的難題，本發明提供一種用于原位合成耐高溫沖蝕非晶涂層的粉芯絲材及應用，可以提高非晶涂層非晶含量，降低粉芯填充率。

本發明提供一種用于原位合成耐高溫沖蝕非晶涂層的粉芯絲材，由不銹鋼外皮包覆粉芯制成，其中，所述粉芯的成分質量百分含量范圍如下：鉻硼粉30-45％，碳化硼粉8-15％，硅鐵8-15％，鈮鐵粉35-45％。本發明的粉芯絲材由合金粉末和陶瓷粉末共同組成，在提升非晶含量的同時，陶瓷粉末的加入進一步提高了涂層的硬度和高溫穩定性，而且降低了粉芯絲材的填充率，改善了絲材在拉拔制備過程中易斷絲的工藝難題。

優選地，粉芯絲材的填充率為28-30％。

優選地，粉芯的成分質量百分含量范圍如下：鉻硼粉36-40％，碳化硼粉10-15％，硅鐵10-15％，鈮鐵粉37-42％。

優選地，粉芯絲材的直徑為2mm。

優選地，不銹鋼外皮為430不銹鋼。

優選地，鉻硼粉為鉻硼合金粉末，其中，類金屬元素硼和金屬元素鉻進行了合金化。在高速電弧噴涂過程中，鉻硼合金粉末能更好地參與弧區動態冶金行為。與單獨采用鉻、硼元素的不同在于：鉻硼合金粉末具有更低的熔點和更好的導電性，從而改善了噴涂過程的穩定性且成本大大降低。