一种基体表面喷涂Fe基非晶合金涂层及其渗氮处理的方法技术

本申请提供了一种基体表面喷涂Fe基非晶合金涂层及其渗氮处理的方法，涉及渗氮处理工艺技术领域，其中，所述方法为：制备Fe基非晶合金粉末，将基体表面进行预处理、粗化处理，然后用热喷涂技术将Fe基非晶合金粉末熔化后喷涂到基体表面，之后对喷涂后的基体进行渗氮处理。本发明专利技术克服了现有技术中Fe基非晶合金不能大批量生产出大块合金，限制了将Fe基非晶合金应用于精密的零部件的不足，经过渗氮处理，Fe基非晶合金涂层的硬度得到了很大程度的提高，涂层内部孔隙情况也得到改善，使得其抗磨损性能更加优异。

A Fe based amorphous alloy coating sprayed on the substrate and its nitriding treatment

The present application provides a method for spraying Fe-based amorphous alloy coating on the substrate surface and its nitriding treatment, which relates to the technical field of nitriding treatment. The method comprises preparing Fe-based amorphous alloy powder, pretreatment and coarsening of the substrate surface, and melting of Fe-based amorphous alloy powder by thermal spraying technology. After spraying to the surface of the substrate, nitriding treatment is carried out on the substrate after spraying. The invention overcomes the defect that the Fe-based amorphous alloy in the prior art can not produce bulk alloys in large quantities, and limits the application of the Fe-based amorphous alloy in precise parts. After nitriding treatment, the hardness of the Fe-based amorphous alloy coating is greatly improved, and the internal porosity of the coating is also improved, so as to make the coating resistant. Wear performance is even better.

【技术实现步骤摘要】
一种基体表面喷涂Fe基非晶合金涂层及其渗氮处理的方法
本专利技术属于渗氮处理工艺
，具体涉及一种基体表面喷涂Fe基非晶合金涂层及其渗氮处理的方法。
技术介绍
渗氮处理，也常称为“氮化处理”，是使氮原子在一定条件下渗入到工件表面的一种常见的金属化学热处理工艺。钢铁渗氮技术的发展始于上世纪初期，直到70年代，渗氮技术从知识理论到工艺方法都得到迅速发展。常见的氮化方法主要有气体渗氮、液体渗氮和离子渗氮。气体渗氮最早由德国的AFry所应用，主要原理是把NH3直接通入到高温渗氮炉中对工件实现氮化，该方法的渗氮效率低，得到的渗氮工件效果不是很理想；液体渗氮主要是把工件放入到含氮盐溶液中，然后对溶液进行加热使盐剂分解渗透扩散至工件表层，采用液体渗氮方法时需不断加入含氮盐溶液，成本较高；离子渗氮又称“辉光渗氮”，其是将氮气和氢气的混合气体通入到真空渗氮炉中，在渗氮炉壳体和渗氮工件之间高电压的作用下，炉内的氮气发生辉光放电变成离子，由于受到电场力的作用，产生的氮离子高速轰击工件表面，与工件中的其他元素形成化合物附着到工件表层形成一层氮化层，与前两者渗氮方法相比，离子渗氮具有渗氮周期短、气体消耗量小、效率高和可实现局部渗氮等优点。经过渗氮处理，氮元素会与基体钢或合金中的Fe、Cr、Mo等金属元素形成稳定的化合物，正是由于生成了这些对工件性能有显著改善的化合物，氮化处理后的工件常表现出高硬度、高耐磨性、良好的抗腐蚀能力以及较高的疲劳强度，对扩大工件使用范围、延长工件寿命、生产成本具有重大作用。非晶态是固态物质的原子排列呈现出一种近程有序、长程无序的排列状态，并且其在热力学上是处于一种亚稳定状态。非晶合金是合金在快速冷却的条件下来不及结晶而形成的一种呈非晶态的合金，其内部原子呈无规则排列，不存在晶粒、晶界以及位错等晶体缺陷，没有晶体的各向异性，具有高硬度、高韧性、优良的磁性以及耐蚀耐磨性能。因此常被称为“金属玻璃”。Fe基非晶合金和绝大多数非晶合金一样均具有非晶合金共同具有的优异性能。Fe基非晶合金是一种具有优异性能的新型材料，由于其非晶态的特点，使其具有良好的耐磨耐腐蚀性，较高的硬度和强度，能够在恶劣的环境下继续保持优异的性能，而且制备的方法也比较简单，因此，Fe基非晶合金成为一种热门材料，具有极大的发展空间。同时，随着机械设备零部件的工做环境越来越恶劣，设备零部件失效变得日趋频繁，其中摩擦磨损是最常见的一种失效形式，为了节约生产成本，在某些要求精密的零部件涂覆一层非晶涂层能大大提高零部件的耐磨性能。但本申请专利技术人在实现本申请具体实施例中的过程中，发现由于现阶段Fe基非晶合金体系本身非晶形成能力和制备技术的限制，目前还难以得到具有工程意义的大尺寸块体结构材料，这将限制Fe基非晶合金在各个领域的广泛利用，并且其在钻探、挖掘开采等恶劣实际工况条件下的抗磨损性能也仍需改善。
技术实现思路
为了克服现有技术中Fe基非晶合金不能大批量生产出大尺寸块体结构材料，限制了将Fe基非晶合金应用于精密的零部件以及抗磨损性能较差的不足，本申请实施例提供了一种基体表面喷涂Fe基非晶合金涂层及其渗氮处理的方法，该方法以Fe基非晶合金粉末为原料，采用热喷涂的方法，将Fe基非晶合金粉末高温加热熔化后喷涂到基体表面，然后对制备出的Fe基非晶涂层进行渗氮处理。结果表明，经过渗氮处理，Fe基非晶合金涂层的硬度得到了很大程度的提高，涂层内部孔隙情况也得到改善，使得其抗磨损性能更加优异。本申请实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基体表面喷涂Fe基非晶合金涂层及其渗氮处理的方法，所述方法为：制备Fe基非晶合金粉末，将基体表面进行预处理、粗化处理，然后用热喷涂技术将Fe基非晶合金粉末熔化后喷涂到基体表面，之后对喷涂后的基体进行渗氮处理。其中Fe基非晶合金的主要成分为Fe48Cr15Mo14C15B6Y2，各成分的百分含量如表1所示。表1喷涂粉末中元素的百分含量本专利技术采用此非晶粉末作为原料的原因主要有以下几点：(1)Fe基非晶粉末相比于其他非晶粉末，在保证同样优良性能的同时，Fe基非晶粉末的价格相对低廉，来源更加广泛，既保证了本课题实验的可靠性，同时也节约了实验研究成本；(2)粉末中的Cr、Mo等元素有利于提高Fe基非晶涂层的耐腐蚀性和耐磨性；(3)粉末中的Y元素可以有效增强非晶涂层的抗氧化性，减小涂层非晶相的损失；(4)同时粉末中的Cr、C等元素有利于增大非晶涂层的强度，提高涂层的稳定性。本专利技术的基体材料为35CrMo钢块，其尺寸为50mm×15mm×5mm，倒角1mm。35CrMo钢是一种合金结构钢，其具有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限，并且有良好的耐高温性能。在对氮化处理后的试样进行摩擦磨损试验时所用的摩擦球的材料为Si3N4陶瓷球，直径为φ6mm，其具有高强度和高耐磨性,保证了摩擦磨损试验结果的可靠性。将基体表面进行预处理、粗化处理，能够较好的提高制备出涂层的质量。热喷涂技术主要是把喷涂材料高温加热至其溶化或者呈半溶化状态，再利用喷枪以一定的速度将熔化后的喷涂材料喷射沉积到基体表面形成涂层，其制备出的涂层致密平整，耐磨损耐腐蚀性能优异。渗氮处理，能够改善涂层内部缺陷，通过形成氮化物，进一步提升涂层的硬度和抗磨损性能。优选的，所述的Fe基非晶合金粉末的制备方法为气体雾化法；即利用高速气流以80-100KHz的频率和2-2.5马赫的高速度冲击液态Fe基非晶合金金属流，使其雾化成小液滴，随后凝固成Fe基非晶合金粉末。气体雾化法具有生产效率高、制备出的粉末粒径小、粉末的球形度高、粉末中氧含量较少，并且具备大量生产以及成本低等优势。优选的，所述的预处理包括表面打磨处理和表面清洗。其中，打磨处理：在选择合适的基体材料35CrMo钢块后，其表面一般都比较粗糙不平，附着氧化膜、油污、灰层等杂质，因此需要利用砂磨的方法对基体进行打磨，去除毛刺及其它杂质，使基体材料的表面变得平整光滑，通过打磨工序可以降低基体的表面粗糙度并能够增强非晶涂层的机械附着力和结合强度，提升非晶涂层与基体材料的结合效果。其中，表面清洗：在对基体材料进行打磨处理后，基体表面会附着打磨屑，同时可能存在油污等污垢，因此需要对基体进行清洗。采用无水乙醇和丙酮在超声波清洗仪中清洗，得到清洁的基体。优选的，所述的粗化处理包括喷丸处理和喷砂处理。其中，喷丸处理：也称喷丸强化，是减少零件疲劳，提高寿命的有效方法之一，喷丸处理就是将高速弹丸流喷射到基体表面，使基体表层发生塑性变形，而形成一定厚度的强化层，强化层内形成较高的残余应力，由于基体表面压应力的存在，当基体承受载荷时可以抵消一部分应力，从而提高基体的疲劳强度。其中，喷砂处理：采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料(铜矿砂、石英砂、金刚砂等)高速喷射到需处理基体表面，使基体表面的外表或形状发生变化。由于磨料对基体表面的冲击和切削作用，使基体的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，使基体表面的机械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲劳性，增加了它和涂层之间的附着力，延长了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和装饰。优选的，所述的热喷涂技术包括采用超音速火焰喷涂系统进行热喷涂；喷涂过程中，采用氢气以及煤油两种燃料在含氧的压缩空气下助燃，在喷射系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基体表面喷涂Fe基非晶合金涂层及其渗氮处理的方法，其特征在于，所述方法为：制备Fe基非晶合金粉末，将基体表面进行预处理、粗化处理，然后用热喷涂技术将Fe基非晶合金粉末熔化后喷涂到基体表面，之后对喷涂后的基体进行渗氮处理。

【技术特征摘要】
1.一种基体表面喷涂Fe基非晶合金涂层及其渗氮处理的方法，其特征在于，所述方法为：制备Fe基非晶合金粉末，将基体表面进行预处理、粗化处理，然后用热喷涂技术将Fe基非晶合金粉末熔化后喷涂到基体表面，之后对喷涂后的基体进行渗氮处理。2.如权利要求1所述的一种基体表面喷涂Fe基非晶合金涂层及其渗氮处理的方法，其特征在于，所述的Fe基非晶合金粉末的制备方法为气体雾化法；即，利用高速气流以80-100KHz的频率和2-2.5马赫的高速度冲击液态Fe基非晶合金金属流，使其雾化成小液滴，随后凝固成Fe基非晶合金粉末。3.如权利要求2所述的一种基体表面喷涂Fe基非晶合金涂层及其渗氮处理的方法，其特征在于，所述的预处理包括表面打磨处理和表面清洗；其中，打磨处理为采用砂磨进行处理，表面清洗为采用无水乙醇和丙酮在超声波清洗仪中清洗。4.如权利要求3所述的一种基体表面喷涂Fe基非晶合金涂层及其渗氮处理的方法，其特征在于，所述的粗化处理包括喷丸处理和喷砂处理；所述的喷丸处理为：将高速弹丸反复流喷射到基体表面；所述的喷砂处理为：采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料高速喷射到基体表面。...

【专利技术属性】
技术研发人员：康嘉杰，黄飞，岳文，付志强，朱丽娜，王成彪，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11