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一种制备非晶涂层的工艺技术方法技术

技术编号:14683581 阅读:133 留言:0更新日期:2017-02-22 17:03
本发明专利技术提供了一种通过等离子喷涂工艺在金属表面获得铁基非晶涂层的技术方法。该发明专利技术首先通过感应熔炼高压气体雾化法在氩气保护下制备粒径在15~60μm且流动性较好的Fe基非晶粉末,随后设定关键技术参数并采用三电极轴向等离子喷涂法在金属表面获得厚度约为600~900μm铁基非晶涂层。该发明专利技术通过优化粉料输送方式、提高喷涂速度,稳定等离子焰流,从而避免了喷涂过程中粉粒融化与收缩不同步所导致的涂层均匀性差、沉积效率低等弊端,有利于获得孔隙率低、组织均匀的铁基非晶涂层。本发明专利技术技术在大规模生产中更具竞争力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属表面技术,特指通过三电极轴向等离子喷涂技术在金属基材表面获得Fe基非晶涂层的工艺技术方法。
技术介绍
在实际工程应用中,金属零件往往面临磨损、断裂、腐蚀及其协同作用的考验,这不仅会造成大量的经济损失,而且会带来诸多安全隐患。解决此问题较为经济有效的方法是在金属基体表面制备防腐耐磨涂层。目前已研究报导的防腐耐磨涂层包括金属陶瓷涂层、金属化合物涂层、金属涂层、非晶涂层等。其中Fe基非晶合金材料成本相对低廉,具有较高的韧性、强度以及优异的耐磨、耐蚀性能,且具有一定导电性,因此Fe基非晶材料作为涂层应用已成为一个很具有前景的研究方向。目前Fe基非晶涂层的制备方法主要集中在超音速火焰喷涂、等离子喷涂和电弧喷涂等技术方法,其中等离子喷涂工艺具有更高的焰流速度以及焰流温度,且喷涂粒子在堆叠形成涂层过程中具有极高的冷却速度,能够抑制晶体相的析出,从而更有利于非晶态涂层的形成,因此等离子喷涂技术在非晶涂层的制备方法中更具竞争力。然而在实际实施过程中,普通等离子喷枪通常采用径向送粉方式,易导致同一喷涂截面粉粒的温度与速度分布不均匀,从而造成涂层均匀性较差,孔隙率较高等缺陷,不能充分发挥Fe基非晶涂层实用优势。本专利技术针对普通等离子喷涂过程中由于径向送粉而导致粉粒融化与收缩不同步等弊端,提出一种通过改良等离子喷涂送粉方式,即采用三电极轴向等离子喷枪(包括阴、阳极腔,喷嘴,送粉管以及集束器)进行Fe基非晶涂层喷涂,与普通等离子喷枪相比,该喷枪结构独特并采用轴向送粉,具有沉积效率高、粉末熔化充分、保护涂层不被氧化等优点,能够有效降低涂层的孔隙率,并提高涂层的均匀性。本专利技术具体通过以下2个步骤实现:1.通过感应熔炼高压气体雾化法制备获得Fe基非晶粉末;2.通过高速轴向等离子喷涂技术将粉末沉积于金属基材表面,并进行表征测试。步骤1中所述Fe基非晶粉末成份具体为:Cr18~19wt.%;Mo13~14wt.%;W5.5~6.5wt.%;B3.0~3.5wt.%;Mn1.5~2.5wt.%;Si1.0~1.5wt.%;C1.0~1.5wt.%;其余为Fe。步骤1中所述感应熔炼高压气体雾化法制备获得Fe基非晶粉末具体为:将Fe:99.9%(纯度),Cr:99.9%,Mo:98.5%,Mn:99.7%,W:99.9%,FeB:99%(其中B20.06wt.%),C:99.9%,Si:99.9%按比例球磨混合后,在氩气保护下熔炼获得Fe基非晶合金,然后在1720K温度下,采用高压氩气流(7MPa)将获得的合金破碎成粉并进行筛选,获得粒径为15~60μm的粉末作为喷涂材料。步骤2中所述金属基材包括但不局限于碳钢、不锈钢、钛合金等。沉积前表面先经打磨处理,随后采用棕刚玉喷砂处理3~7min至其表面完全失去金属光泽。步骤2中所述喷涂过程具体为:设备选用三电极轴向等离子喷枪,喷枪包括阴、阳极腔,喷嘴,送粉管以及集束器,设定喷涂工艺参数,其中基材与喷嘴间距离为120~190mm,送粉速率为70~90g/min,喷涂电流为210~250A,Ar气流速为70~80L/min、N2流速为10~15L/min,H2流速为15~20L/min,冷却水压力为1.2MPa。步骤2中所述非晶涂层其主要相成份为FeC,CrB2,M23C6。所获得的非晶涂层其在3.5%NaCl溶液测试其腐蚀电位大约为(-0.3VSCE),腐蚀电流密度低于10-4A/cm2;在50N载荷下测试涂层显微硬度为1000-1100Hv。。以下将结合具体实施方案进一步说明;首先将Fe:99.9%,Cr:99.9%,Mo:98.5%,Mn:99.7%,W:99.9%,FeB:99%(其中B20.06wt.%),C:99.9%,Si:99.9%按一定质量比球磨混粉,其具体比例为:Cr18~19wt.%;Mo13~14wt.%;W5.5~6.5wt.%;B3.0~3.5wt.%;Mn1.5~2.5wt.%;Si1.0~1.5wt.%;C1.0~1.5wt.%;其余为Fe。将此粉末在氩气保护下熔炼获得Fe基非晶合金。随后在1720K高温下,采用高压氩气流(7MPa)将此合金破碎成粉,并筛选保留粒径为15~60μm粉末作喷涂材料使用。将金属基材(本实验以45钢为例)分别经180#、400#砂纸(SiC)水磨并用丙酮除油,随后作喷砂处理(棕刚玉)致其表面完全失去金属光泽。实施例一:选用三电极轴向等离子喷枪(包括阴、阳极腔,喷嘴,送粉管以及集束器)送粉,调节等离子喷涂工艺参数,其中喷涂距离为120mm,送粉速率为70g/min,喷涂电流为210A,Ar、N2与H2气体流速分别为:70L/min、10L/min和15L/min。本实例所获得的Fe基非晶涂层厚度约为620μm,在3.5%NaCl溶液中对其进行动电位极化扫描,发现该涂层相对于基体,自腐蚀电位提高约150mV,自腐蚀电流下降约1个数量级;采用显微硬度计测试该涂层硬度(其中载荷为50N,持续时间为20s,每个样品取15~20个区间并取平均值),发现该涂层相对于基体显微硬度提高了近200Hv。实施例二:同实施例一,选用三电极轴向等离子喷枪(包括阴、阳极腔,喷嘴,送粉管以及集束器)送粉,调节等离子喷涂工艺参数,其中喷涂距离为150mm,送粉速率为70g/min,喷涂电流为220A,Ar、N2与H2气体流速分别为:75L/min、15L/min和15L/min。本实例所获得的Fe基非晶涂层厚度约为710μm,在3.5%NaCl溶液中对其进行动电位极化扫描,发现该涂层相对于基体,自腐蚀电位提高约163mV,自腐蚀电流下降约1个数量级;采用显微硬度计测试该涂层硬度(其中载荷为50N,持续时间为20s,每个样品取15~20个区间并取平均值),发现该涂层相对于基体显微硬度提高了近210Hv。实施例三:同实施例一,选用三电极轴向等离子喷枪(包括阴、阳极腔,喷嘴,送粉管以及集束器)送粉,调节等离子喷涂工艺参数,其中喷涂距离为170mm,送粉速率为85g/min,喷涂电流为220A,Ar、N2与H2气体流速分别为:75L/min、15L/min和15L/min。本实例所获得的Fe基非晶涂层厚度约为810μm,在3.5%NaCl溶液中对其进行动电位极化扫描,发现该涂层相对于基体,自腐蚀电位提高约176mV,自腐蚀电流下降约1个数量级;采用显微硬度计测试该涂层硬度(其中载荷为50N,持续时间为20s,每个样品取15~20个区间并取平均值),发现该涂层相对于基体显微硬度提高了近208Hv。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备非晶涂层的工艺技术方法,具体实施包括以下2个步骤:1.采用感应熔炼高压气体雾化法制备获得Fe基非晶粉末;2.设定相关参数并通过高速轴向等离子喷涂技术在工件表面获得非晶涂层,并进行表征测试。

【技术特征摘要】
1.一种制备非晶涂层的工艺技术方法,具体实施包括以下2个步骤:1.采用感应熔炼高压气体雾化法制备获得Fe基非晶粉末;2.设定相关参数并通过高速轴向等离子喷涂技术在工件表面获得非晶涂层,并进行表征测试。2.根据权利要求书1中所述的一种制备非晶涂层的工艺技术方法,其特征在于:步骤1中所述Fe基非晶粉末,其成份为:Cr:18~19wt.%;Mo:13~14wt.%;W:5.5~6.5wt.%;B:3.0~3.5wt.%;Mn:1.5~2.5wt.%;Si:1.0~1.5wt.%;C:1.0~1.5wt.%;其余为Fe。3.根据权利要求书1中所述的一种制备非晶涂层的工艺技术方法,其特征在于:步骤1中所述感应熔炼高压气体雾化法制备获得Fe基非晶粉末具体步骤为:将Fe:99.9%,Cr:99.9%,Mo:98.5%,Mn:99.7%,W:99.9%,FeB:99%(其中B19.06wt.%),C:99.9%,Si:99.9%,按比例球磨混合后并在氩气保护下熔炼获得Fe基非晶合金,然后在1720K温度下,采用高压氩气流(7MPa)将获得的合金破碎成粉并进行筛选,获得粒径为15~60μm的粉末作...

【专利技术属性】
技术研发人员:潘太军沈杰刘卫
申请(专利权)人:常州大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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