抗蚀耐磨非晶合金涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗蚀耐磨非晶合金涂层，其原料组分以质量分数计包括：Cr 16.0％～19.8％，Mo 22.6％～24.5％，C 4.2％～6.0％，B 0.8％～2.8％，Si 1.5％～3.8％，Ni 0.7％～2.2％，Fe余量。本发明专利技术采用采用真空气雾化法制备非晶合金粉末，然后再利用等离子喷涂制备非晶合金涂层，本发明专利技术成分设计合理，制备的涂层非晶含量高，缺陷少，制备成本低廉，无稀土元素，易于工业化生产，制备方法操作简捷，涂层中原位形成少量3～10nm的纳米晶，均布于非晶相中，显著改善非晶合金涂层的综合强韧性，本发明专利技术的非晶合金粉末及非晶合金涂层可用于金属构件表面抗蚀及耐磨防护。

Corrosion resistant wear resistant amorphous alloy coating and preparation method thereof

The invention discloses an anti-corrosion and wear-resisting amorphous alloy coating. The raw material components include: Cr 16.0%-19.8%, Mo 22.6%-24.5%, C 4.2%-6.0%, B 0.8%-2.8%, Si 1.5%-3.8%, Ni 0.7%-2.2% and Fe surplus in mass fraction. The amorphous alloy powder is prepared by vacuum atomization method, and then the amorphous alloy coating is prepared by plasma spraying. The composition of the coating is reasonable, the amorphous content of the prepared coating is high, the defect is small, the preparation cost is low, the rare earth element is free, the preparation method is easy to industrialize production, the operation of the preparation method is simple, and the coating is in the coating. A small amount of 3-10 nm nanocrystals are formed in-situ and distributed in the amorphous phase, which significantly improves the comprehensive strength and toughness of the amorphous alloy coating. The amorphous alloy powder and the amorphous alloy coating of the present invention can be used for corrosion resistance and wear resistance of metal components.

【技术实现步骤摘要】
抗蚀耐磨非晶合金涂层及其制备方法
本专利技术涉及涂层领域，具体涉及一种抗蚀耐磨非晶合金涂层及其制备方法。
技术介绍
在能源、化工、国防和船舶等领域中，部分设备部件长期满负荷的在高温、腐蚀和机械磨损的恶劣环境下运行，致使这些设备部件极易遭受损坏。由此引起的各类事故触目惊心，已经严重影响社会经济的发展。如何提高这些设备的可靠性和使用寿命，已成为上述行业提高经济效益及增强核心竞争力亟需解决的关键问题。采用先进表面技术对材料表面进行局部改性或防护是降低设备腐蚀磨损、提高其安全可靠性的较为经济且行之有效的途径。非晶合金成分组织均匀、不存在位错、层错、晶界等晶体缺陷，具有高硬度、良好的耐磨耐腐蚀性能等优异的物理、化学和力学性能。常见的非晶合金有铁基、铝基、锆基、镍基非晶合金等。鉴于目前常用的设备以金属材料为主，铁基非晶合金具有开采、制备、推广成本低的优点而得到材料研究者的关注。然而由于非晶合金存在室温塑性较差，且大尺寸非晶合金较难制备的弊端，限制了其作为结构材料的应用。将非晶合金与先进表面技术相结合，突破非晶合金难以规模化制备的技术“瓶颈”，有效拓宽了非晶合金应用领域，制备性能优异的铁基非晶涂层，对零部件的再制造修复、防护与延寿具有重要的使用价值。近年来，热喷涂制备非晶涂层具有成本低、效率高、环境友好等优势，但材料成分体系设计不尽合理，制备工艺尚未完善，制备过程涂层温度过高、冷速过慢，难以制备出高非晶含量的涂层，存在未融粒子、高孔隙率等缺陷严重影响涂层综合力学性能和耐腐蚀性能。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种抗蚀耐磨非晶合金涂层，解决现有涂层材料体系设计不合理，非晶含量低，缺陷高，耐磨性差的问题。技术方案：本专利技术所述的抗蚀耐磨非晶合金涂层，其原料组分以质量分数计包括：Cr16.0％～19.8％，Mo22.6％～24.5％，C4.2％～6.0％，B0.8％～2.8％，Si1.5％～3.8％，Ni0.7％～2.2％，Fe余量。抗蚀耐磨非晶合金涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)采用雾化法将原料组分混合制备得到非晶合金粉末，然后进行真空低温烘干处理；(2)对工件待喷涂表面进行洁净化清理、喷砂粗化和预热处理；(3)在经过步骤(2)处理的工件表面采用等离子喷涂的方法获得抗蚀耐磨非晶合金涂层。其中，所述步骤(1)中原料为2～4cm的小块状或3～5mm颗粒混合体，原料纯度不低于99％，混合体装炉填充率不低于95％，然后采用电炉真空精炼，精炼温度为1600～1800℃，保温时间为4～6小时；然后转入中间包，通过氩气喷嘴形成液滴并在氩气保护气氛中冷却制备得到Fe基非晶合金粉末。所述非晶合金粉末呈规则的球形和非晶态特征，粒度为150目～500目。为了在对基体进行喷砂处理时不易发生碎化形成不规则形状二次粒子嵌入基体，防止对金属基体产生过度的犁削损伤和成分污染，所述步骤(2)中采用的喷砂为10-50目的白刚玉或棕刚玉。所述步骤(2)中喷砂的压力和喷砂处理的时间分别为0.5～1.2MPa和2～5min。为了保证喷涂粒子能够充分熔融铺展、润湿和搭接，降低涂层的孔隙、未熔粒子等缺陷，保证熔融粒子具有足够的冷却速率，达到或超过形成非晶的临界冷却条件及足够的负混合热焓，并降低非晶粉末原料在熔融时发生晶化。所述步骤(3)中工件与喷嘴间距离为100～150mm，送粉速率为15～30g/min，喷涂电流为500～700A，电压为50～70V，主气流量Ar100～160SCFH，H210～20SCFH，载气流速Ar20～30SCFH，喷枪移动速率为1000～2000mm/s，工件采用20～30℃循环水冷方式，水压1.2～2.0MPa。通过合理控制喷涂过程中适当的间歇，可以有效防止涂层中热量的累积，防止涂层受热发生严重的晶化，且防止因涂层中残余应力的累积而导致涂层分层剥落，提高涂层非晶含量和涂层质量，所述步骤(3)中等离子喷涂往返道次之间的时间间隔为2～8s，喷涂5道次后停歇时间3～6min。有益效果：本专利技术以Fe为余量组元，通过主要金属组元Cr、Mo、Ni中的两种以上的组合及类金属组元C、B、Si中的两种以上的组合，实现合金体系的多元化设计，提高合金组元的混乱度，降低合金熔点，增大组元之间的原子尺寸差，降低液固相之间的焓变，有利于形成致密的原子堆垛结构并提高原子长程扩散的能垒，促进非晶的形成。同时，该多元体系中Mo、C元素可极大的增加合金体系的混乱度；B、Si元素一方面可可显著降低合金粉末熔点，降低涂层制备时熔融粒子的表面张力，增强其润湿性，另一方面可扩大液固相区的宽度从而提高熔体流动性，抑制涂层缩孔、疏松等冶金缺陷的形成，还可以在喷涂时易与氧亲和反应形成低熔点的硼硅酸盐，实现脱氧净化熔体并抑制涂层中氧化物夹杂等缺陷的形成，还可以提高非晶涂层的热稳定性。将所专利技术的非晶合金粉末用于自动化大气等离子喷涂系统，通过工艺的优化，可高效的制备大面积的高质量非晶合金涂层，且可实现连续自动化作业，易于规模生产和应用。同时，本专利技术的非晶合金粉末无稀贵金属组元，综合成本较低；所制备的非晶合金涂层的含量高，缺陷少，界面结合可靠，且在非晶涂层中可原位引入尺寸为3～10nm的纳米晶，消除了非晶合金脆性大的弊端附图说明图1是本专利技术实施例1中真空气雾化得到的合金粉末的扫描电镜形貌；图2是本专利技术实施例1中涂层的截面扫描电镜形貌；图3是本专利技术实施例1非晶涂层的透射电镜形貌；图4是本专利技术实施例1非晶涂层的选区电子衍射图谱；图5是本专利技术实施例1中合金粉末和涂层的X射线衍射谱；图6是本专利技术实施例1中涂层的差热分析谱；图7是本专利技术实施例1中涂层与F22钢基体的纳米硬度；图8是本专利技术实施例1中涂层与基体在模拟海水中的交流阻抗谱；图9是本专利技术实施例1中F22钢基体的磨损表面形貌；图10是本专利技术实施例1中非晶合金涂层的磨损表面形貌。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1采用真空气雾化法制备铁基非晶合金粉末，将纯度为99.9％的Fe锭，纯度为99.0％的Cr锭，纯度为99.0％的Fe-Mo合金锭，纯度为98.0％的Ni锭，纯度为99.0％的Fe-B合金锭，纯度为99.9％的Fe-C颗粒，纯度为99.9％的Fe-Si合金锭按一定质量比，切成片粒状混合，置入电炉中进行真空精炼，温度设置为1800℃，然后置入中间包通过氩气喷雾在氩气中冷却凝固形成粉末。具体的质量分数为Cr19.8％，Mo22.6％，C4.2％，B2.8％，Si3.8％，Ni2.2％，余量为Fe。粉末的形貌如图1所示，呈完整的球形；物相组成如图5所示，呈非晶态的特征。将上述粉末用于自动化大气等离子喷涂系统制备非晶合金涂层。将F22钢基体加工成50mm*50mm*4mm的基片，边缘加工45度的导角，以降低应力集中。利用50目的球形刚玉对基体进行喷砂处理，喷砂压力为1.2MPa，喷砂实践为2min，然后用高压氩气吹净，去除表面残留的碎屑。大气等离子喷涂的工艺参数为，电弧电流为500A，电弧电压为70V，主气流量：Ar流量为160SCFH，H2流量为10SCFH，喷枪移动速度为1000mm/s，喷涂距离为150mm，载气流量Ar20SCFH，送粉量为30g/min；采用20℃循环水冷方式，水压1.2Mpa；其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗蚀耐磨非晶合金涂层，其特征在于，其原料组分以质量分数计包括：Cr 16.0％～19.8％，Mo 22.6％～24.5％，C 4.2％～6.0％，B 0.8％～2.8％，Si 1.5％～3.8％，Ni 0.7％～2.2％，Fe余量。

【技术特征摘要】
1.一种抗蚀耐磨非晶合金涂层，其特征在于，其原料组分以质量分数计包括：Cr16.0％～19.8％，Mo22.6％～24.5％，C4.2％～6.0％，B0.8％～2.8％，Si1.5％～3.8％，Ni0.7％～2.2％，Fe余量。2.如权利要求1所述的抗蚀耐磨非晶合金涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用真空气雾化法将原料组分混合制备得到非晶合金粉末，然后进行真空低温烘干处理；(2)对工件待喷涂表面进行洁净化清理、喷砂粗化和预热处理；(3)在经过步骤(2)处理的工件表面采用等离子喷涂的方法获得抗蚀耐磨非晶合金涂层。3.根据权利要求2所述的抗蚀耐磨非晶合金涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中原料为2～4cm的小块状或3～5mm颗粒混合体，原料纯度不低于99％，混合体装炉填充率不低于95％，然后采用电炉真空精炼，精炼温度为1600～1800℃，保温时间为4～6小时；然后转入中间包，通过氩气喷嘴形成液滴并在氩气保护气氛中冷却制备得到非晶合金粉末。4.根据权利要求2所述的抗蚀耐磨非晶合金涂层的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：张保森，王章忠，董强胜，巴志新，陈一凡，巨佳，朱帅帅，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32