一种高热稳定性铁基非晶涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高热稳定性铁基非晶涂层及其制备方法，属于材料表面工程技术领域。首先，取原料粉体制备粉芯丝材：Cr：19.3％-22.5％；Mo：17.2％-20.3％；B：3.1％-5.3％；C：3.0-5.2％；余量为Fe。其次，采用镍拉毛或者电弧喷涂Ni/Al的方式在预处理后的基底材料上制备打底层，保证了非晶涂层与基底材料高的结合强度。最后，采用电弧喷涂在打底层上沉积上述成分的铁基非晶涂层。本发明专利技术制备的非晶涂层具有非晶含量高、硬度高，热稳定性高的特点，在化工、采矿、火电等领域的耐腐蚀、耐磨损、耐冲蚀工况下具有广泛应用前景。特别热稳定性高的特点使上述涂层在诸如“锅炉四管”等有一定温度作用的环境下比常规铁基非晶涂层在腐蚀、冲蚀、磨损工况下具有更大的优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料表面工程
，具体涉及。
技术介绍
与常规晶态金属不同，非晶态金属中原子的排列呈短程有序、长程无序的排列方式。这种特殊的原子排列方式使非晶态金属当中不存在晶界、位错等腐蚀和塑性变形的优先通道。因此，与晶态金属相比，非晶态金属通常表现出极高的硬度、优异的耐腐蚀性能。传统的冶金领域，非晶金属材料的获得需要极高的冷却速度抑制晶核在熔融液态金属中的形核来实现。除了材料的成分配比外，冷却速度是决定非晶态金属能否形成的最重要因素。由于冷却速度与材料的尺寸负相关，因此制备大体积的非晶态金属材料及其困难，这一缺点限制了非晶态金属作为大型构件的广泛应用。70%的材料失效由腐蚀、磨损、疲劳等起源于材料表面的破坏形式引起，因此材料表面的防护至关重要。如果能在常规的晶态金属表面制备耐腐蚀、力学性能优异的非晶态金属涂层，将大幅度提高材料的服役寿命。热喷涂技术是一种通过一定的热源及气流将以棒材、丝材或粉末形式的材料熔化、雾化，然后以液滴的形式撞击到基材表面，冷却凝固最终形成涂层一种工艺。较小的液滴尺寸使凝固时的冷却速度可以达到106K/s以上，因此热喷涂技术是制备金属非晶涂层的潜在方法。目前能够制备金属非晶涂层的热喷涂工艺有大气等离子喷涂、低压等离子喷涂、HVOF、HVAF及电弧喷涂等。与其他工艺相比，电弧喷涂具有设备简单、使用价格相对低廉的丝材的特点，因此大大增加了施工的灵活性并且显著降低了制造成本。涂层中的非晶含量是影响热喷涂金属非晶涂层性能的重要因素，非晶含量越高，涂层的性能相对越高。因此，除了优化喷涂参数外，通过合金材料成分的设计以提高其非晶形成能(glass forming ability)是提高非晶涂层性能的关键。另一方面，非晶是一种非稳态结构材料，在一定温度条件下可通过形核、长大逐渐转变为晶态材料，从而失去非晶态金属材料优异的性能。如果要使非晶态涂层在具有一定温度作用的环境下表现出优异的性能，需要通过成分设计显著提高非晶态金属涂层的晶化温度，提高其热稳定性。上述两个问题是制约热喷涂非晶态金属涂层发展的重要问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种高热稳定性铁基非晶涂层的制备方法，该方法操作简单，能够扩展非晶涂层在一定温度工况下的应用。本专利技术是通过以下技术方案来实现:一种尚热稳定性铁基非晶涂层的制备方法，包括以下步骤:1)以质量百分比计，取原料粉末:Cr:19.3%?22.5% ;Mo:17.2%?20.3% ;B:3.1%~ 5.0% ；C:3.0 ?4.5% ；S1:1.5 ?2.0% ；Re:0.3 ?0.6% ;余量为 Fe ;将原料粉末制成粉芯丝材；2)采用电弧喷涂或镍拉毛方法，以NiAl丝材为原料，在预处理后的基体材料上制备NiAl打底层；3)采用电弧喷涂法，以步骤1)制得的粉芯丝材为原料喷涂在NiAl打底上，制得高热稳定性铁基非晶涂层。步骤1)将原料粉末制成直径为1.6?2mm的粉芯丝材。步骤2)中制备的NiAl打底层厚度为80?120 μ m。步骤2)的电弧喷涂条件为:喷枪距离基体材料表面200mm ;电压为28?35V，电流为200?260A ;空气压力为0.5?0.65MPa ;喷枪移动速度为400?650mm/s。步骤3)中制得的高热稳定性铁基非晶涂层厚度为300?500 μ m。步骤3)的电弧喷涂条件为:喷枪距离基体材料表面200mm ；电压为28?35V，电流为180?260A ;空气压力为0.5?0.65MPa ;喷枪移动速度为350-650mm/s。基体材料的预处理包括喷砂表面粗化处理及基体表面残余砂粒的清除。本专利技术还公开了基于上述的方法制得的高热稳定性铁基非晶涂层，该铁基非晶涂层的非晶含量超过80%，晶化温度达850?958K，显微维氏硬度为870?1000HVa3，非晶涂层结合强度达30?63MPa。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果:本专利技术公开的高热稳定性铁基非晶涂层的制备方法，首先，通过材料成分设计，选取适合的原料粉末，制成粉芯丝材，使B、C、Si等非晶形成元素配比合理，提高涂层的非晶形成能力；通过较高含量Mo的添加实现非晶涂层的高热稳定性；通过较高含量Cr的添加和非晶特征实现非晶涂层高的耐腐蚀性和高的硬度。其次，采用镍拉毛或者电弧喷涂Ni/Al的方式在预处理后的基底材料上制备打底层，保证了非晶涂层与基底材料高的结合强度。最后，采用电弧喷涂在打底层上沉积粉芯丝材，制得高热稳定性铁基非晶涂层。经本专利技术方法制得的高热稳定性铁基非晶涂层，非晶涂层的非晶含量超过80%，晶化温度达850?958K，显微维氏硬度为870?1000HVa3，非晶涂层结合强度达30?63MPa。具有非晶含量高、硬度高，热稳定性高的特点，在化工、采矿、火电等领域的耐腐蚀、耐磨损、耐冲蚀工况下具有广泛应用前景。特别热稳定性高的特点使上述涂层在诸如“锅炉四管”等有一定温度作用的环境下比常规铁基非晶涂层在腐蚀、冲蚀、磨损工况下具有更大的优势。【附图说明】图1为粉芯丝材的截断面结构；图2为本专利技术铁基非晶涂层体系的断面结构；图3为本专利技术铁基非晶涂层的XRD图谱；图4为本专利技术铁基非晶涂层的DSC曲线；图5为本专利技术铁基非晶涂层在5mol/L的NaCl溶液中的极化曲线。【具体实施方式】下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术公开的高热稳定性铁基非晶涂层及制备方法，通过以下步骤实施:步骤一，按照下列质量百分制备直径为1.6-2mm的粉芯丝材:Cr:19.3% -22.5%；Mo:17.2% -20.3% ；B:3.1% _5.0% ；C:3.0-4.5% ；S1:1.5-2.0% ；Re:0.3-0.6% ;余量为Fe0步骤二，采用电弧喷涂以商用NiAl丝材为原料在预处理后的基体材料上制备NiAl打底层，涂层厚度约为100 μm.喷涂参数:喷枪距基材表面距离:200mm;电压:28-35V，电流:200-260A，空气压力:0.5-0.65MPa，喷枪移动速度:400-650mm/s。或者采用镍拉毛增加基底粗糙度，增强非晶涂层与基底材料的结合强度。步骤三，采用电弧喷涂，以本专利技术步骤一所制备的粉芯丝材为原料制备铁基非晶涂层，涂层厚度控制在300-500 μπι之间。喷涂参数:喷枪距基材表面距离:200mm ;电压:28-35V，电流:180-260A，空气压力:0.5-0.65MPa，喷枪移动速度:350-650mm/s。本专利技术中粉芯丝材中各元素的作用为:C:非晶形成元素；B:非晶形成元素；S1:非晶形成元素，同时可降低金属组分中的氧含量，提尚涂层的抗氧化性；Cr:提尚非晶涂层的抗腐蚀和抗氧化性能；Mo:与C为尚混合熵元素，提高非晶涂层的热稳定性；Re:熔滴凝固时净化金属组分，提高氧化膜与涂层的结合强度，增加涂层耐腐蚀及抗氧化性。本专利技术中粉芯丝材的是采用在U形的FeCr不锈钢外皮内填充粉芯，包覆、然后通过拉拔工艺逐渐减径到1.6-2.0mm。实施例1按照如下比例:Fe:50.2% ；Cr:21.5% ；Mo:19.4% ；B:4.0% ；C:3.0% ；S1:1.5% ；Re:0.4%，将原料粉末机械本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高热稳定性铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)以质量百分比计，取原料粉末：Cr：19.3％～22.5％；Mo：17.2％～20.3％；B：3.1％～5.0％；C：3.0～4.5％；Si：1.5～2.0％；Re：0.3～0.6％；余量为Fe；将原料粉末制成粉芯丝材；2)采用电弧喷涂或镍拉毛方法，以NiAl丝材为原料，在预处理后的基体材料上制备NiAl打底层；3)采用电弧喷涂法，以步骤1)制得的粉芯丝材为原料喷涂在NiAl打底上，制得高热稳定性铁基非晶涂层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邱质彬，刘立言，
申请(专利权)人：西安创亿能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61