铁基合金涂层与其形成方法技术

本发明专利技术提供铁基合金涂层，其组成(原子比)为：Fe

【技术实现步骤摘要】
铁基合金涂层与其形成方法
本专利技术涉及铁基合金涂层，更特别涉及其形成方法。
技术介绍
一般射出螺杆、钢铁压辊及各种旋转设备(叶轮、涡轮、泵等)，处在高压、高机械扭力、及摩擦及腐蚀环境下运转，因此需在螺杆或叶轮表面上进行表面处理(如离子氮化或喷覆金属处理)以增加耐用性。射出螺杆的材质一般选用含铝、铬、钼的合金钢种，如SACM645、SKD61等，加工后氮化可达Hv>800的硬度，具有良好的耐磨性，可用于一般料管组的塑胶塑化螺杆与熔胶筒。然而上述材质的耐腐蚀性不佳。为了进一步提升材料的耐腐蚀性，可采用陶瓷披覆技术(如气相沉积法)披覆陶瓷材料(如TiN或CrN层)于螺杆或各种旋转设备上。虽然陶瓷材料具高硬度及耐蚀性，但陶瓷与金属基材的接合力不佳。此外，陶瓷材料属脆性材料，在使用一段时间后容易发生龟裂(cracking)及剥离(peeling)等现象。综上所述，目前亟需新的涂层克服上述问题。
技术实现思路
本专利技术一实施例提供铁基合金涂层，其组成(原子比)为：FeaCrbMocSidBeYf，其中48≤a≤50；21≤b≤23；18≤c≤20；2≤d≤3；2≤e≤4；以及0<f≤2，其中铁基合金涂层为非晶质，且孔隙率小于0.5％。本专利技术一实施例提供铁基合金涂层的形成方法，包括：(a)提供铁基合金粉体，其组成(原子比)为FeaCrbMocSidBeYf，其中48≤a≤50；21≤b≤23；18≤c≤20；2≤d≤3；2≤e≤4；以及0<f≤2；(b)热喷涂铁基合金粉体，以形成非晶质的铁基合金涂层；以及(c)激光重熔非晶质的铁基合金涂层，使其致密化并维持非晶质。【具体实施方式】本专利技术一实施方式提供铁基合金涂层的形成方法，包括：(a)提供铁基合金粉体，其组成(原子比)为FeaCrbMocSidBeYf，其中48≤a≤50；21≤b≤23；18≤c≤20；2≤d≤3；2≤e≤4；以及0<f≤2。若是上述元素比例超出范围，则容易产生金属间化合物的结晶相。在一实施方式中，铁基合金粉体的形成步骤包含依元素比称取元素，混合熔融后形成铁基母合金。接着在真空下熔融铁基母合金，并以高压气体冲击熔融的铁基母合金使其雾化。待雾化的铁基母合金冷却后，即得铁基合金粉体。在一实施方式中，铁基合金粉体的粒径介于25μm至60μm之间。若铁基合金粉体的粒径过小，则粉体间容易团聚，热喷涂时粉体输送供给易阻塞而中断，且粉体容易飘散。若铁基合金粉体的粒径过大，粉体输送容易阻塞，且粉体无法完全熔融，影响喷涂层致密度。接着可进行步骤(b)热喷涂铁基合金粉体，以形成非晶质的铁基合金涂层。在一实施方式中，步骤(b)包含以电弧将铁基合金粉体熔融后，并以氩气与氢气的混合气体将熔融的铁基合金粉体喷涂至基材上。在一实施方式中，电弧的电流介于550A至650A之间，而电压介于60V至80V之间。若电弧的电流电压过低，则温度过低，粉体无法熔融。若电弧的电流电压过高，则熔融的热度过高，熔融粉体撞击基板后无法凝固。在一实施方式中，上述氩气流量介于40L/分钟至60L/分钟之间，而氢气流量介于10L/分钟至20L/分钟之间。若氩气流量过低，则粉体吹送效率不佳。若氩气流量过高，则吹送速度过快，粉体不及受热熔融。若氢气流量过低，则反应温度过低。若氢气流量过高，则反应温度太高。在一实施方式中，铁基合金粉体的送粉量介于10g/分钟至20g/分钟之间。若铁基合金粉体的送粉量过低，则粉体补充不及，披覆层致密度低。若铁基合金粉体的送粉量过高，则无法使粉体充分熔融，造成粉体耗损率高。在本专利技术一实施方式中，基材可为S45C、SACM645、304或316不锈钢。在一实施方式中，上述热喷涂形成的非晶质的铁基合金涂层，其厚度介于30μm至300μm之间，孔隙尺寸>2μm，且孔隙度>20％。在一实施方式中，非晶质的铁基合金涂层与基材的接合强度介于9500至10000psi之间，且腐蚀电流介于5*10-5A/cm2至7*10-5A/cm2之间(越低代表耐腐蚀性越好)。之后进行步骤(c)激光重熔非晶质的铁基合金涂层，使其致密化并维持非晶质。激光重熔后的非晶质的铁基合金涂层厚度介于30μm至300μm之间，即激光重熔步骤不太影响铁基合金涂层的厚度。经上述激光重熔步骤后，铁基合金涂层的孔隙小于2μm，且孔隙率小于0.5％。在一实施方式中，激光重熔步骤采用的激光源包含Nd-YAG激光光束，且激光功率介于80至150W之间。若激光功率过低，则无法使披覆层重新熔融。若激光功率过高，则铁基合金涂层将转变为结晶质，而降低其耐腐蚀性。在一实施方式中，激光扫描速率介于450至550mm/s之间。若激光扫描速率过低，则披覆层受热时间过长，产生结晶。若激光扫描速率过高，则受热时间过低，无法有效重新熔融。上述激光扫描铁基合金涂层的厚度介于30至300μm之间。若激光扫描的铁基合金涂层的厚度过大，则无法使整个披覆层重熔。上述非晶质铁基合金涂层可取代传统结晶质涂层材料(如氮化钢或超合金)与陶瓷材料以应用于射出螺杆及各种旋转设备(叶轮、涡轮、或泵等)，以达到高耐腐蚀性以及高耐磨耗的要求。由于非晶质铁基合金不具有容易引起局部腐蚀的晶界，同时亦不具有成分偏析，所以非晶质合金在结构和成分上都比晶质合金更均匀且具有更高的抗腐性。藉由热喷涂技术将粉体涂布于待改性的工件表面，可在两者间形成冶金接合，以提升非晶质层与工件的接合强度。后续激光重熔非晶质铁基合金涂层的步骤可使其致密化并维持非晶质。为了让本专利技术的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数个实施例与比较例作详细说明如下：实施例实施例1依下述元素的原子比(Cr＝23％、Fe＝50％、Si＝2％、Mo＝20％、与B＝3％)称取总重约5kg的元素，混合后置入密闭熔炉中，抽真空至压力约10-2Torr，再充填氩气，重复上述抽真空-充填氩气的循环5次，确保熔炉内气氛洁净。接着加热混合物至约1450℃，直到混合物完全熔融，并以感应电流的搅拌混合物，使成分分布均匀。之后停止加热，冷却后的产物即为铁基母合金。取适量的铁基母合金，抽真空(约10-2torr)后重熔，待金属熔液温度达到合适温区(1500+20℃)时，将合金熔液倾倒并以高压气体冲击雾化。高压气体的压力值约25bar，流量值约4.0Nm3/min。合金熔液经高压气体冲击后破碎雾化成细小液滴，冷却后即为合金粉体。以XRD分析此合金粉体具有结晶结构，因此，不进行后续热喷涂步骤。实施例2与实施例1的方法类似，差别在于铁基母合金的元素的原子比如下：Cr＝23％、Fe＝49％、Si＝2％、Mo＝20％、B＝3％、且Y＝2％。其余熔融、重熔、与雾化等步骤参数均与实施例1相同，在此不赘述。以XRD分析此合金粉体具有非晶质结构。经筛分后，选出平均粒径约为53μm(介于30至70μm)的粉体用于后续热喷涂步骤。实施例3与实施例1类似，差别在于铁基母合金的元素的原子比如下：Cr＝22％、Fe＝48％、Si＝2％、Mo＝20％、B＝3％、Y＝4％。其余熔融、重熔、与雾化等步骤参数均与实施例1相同，在此不赘述。以XRD分析此合金粉体具有结晶结构，因此，不进行后续热喷涂步骤。实施例4取实施例2的非晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁基合金涂层，其组成为：Fe

【技术特征摘要】
2015.12.03 TW 1041404901.一种铁基合金涂层，其组成为：FeaCrbMocSidBeYf，其中48≤a≤50；21≤b≤23；18≤c≤20；2≤d≤3；2≤e≤4；以及0<f≤2，其中该铁基合金涂层为非晶质，且孔隙率小于0.5％。2.如权利要求1所述的铁基合金涂层，其厚度为30μm至300μm。3.如权利要求1所述的铁基合金涂层，其孔隙小于2μm。4.一种铁基合金涂层的形成方法，包括：(a)提供铁基合金粉体，其组成为FeaCrbMocSidBeYf，其中48≤a≤50；21≤b≤23；18≤c≤20；2≤d≤3；2≤e≤4；以及0<f≤2；(b)热喷涂该铁基合金粉体，以形成非晶质的铁基合金涂层；以及(c)激光重熔该非晶质的铁基合金涂层，使其致密化并维持非晶质。5.如权利要求4所述的铁基合金涂层的形成方法，其中步骤(c)后的铁基合...

【专利技术属性】
技术研发人员：周力行，侯彦羽，杨智超，潘益宗，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71