一种等离子熔覆铁基非晶纳米晶涂层及其制备方法，属于等离子熔覆合金涂层技术领域。等离子熔覆铁基非晶纳米晶涂层采用多种金属及非金属粉末为熔覆材料，其成分按重量百分比计为：Ｃ０．５－３．０、Ｂ２－５、Ｓｉ２－６、Ｐ０．９－３．０、Ｍｏ１２．０－２６．０、Ｎｉ５．０－１５．０、Ｃｒ２．０－１５．０、Ｒｅ０．８－３．０、Ｆｅ余量，粒度范围１０６－１８０微米。制备方法是用等离子熔覆在Ａ３钢基体上制备涂层，熔覆工艺参数为：用Ａｒ作为保护和电离气体，送粉氩气流量为０．２－０．８ｍ↑［３］／ｈ，保护氩气流量为０．４－１．０ｍ↑［３］／ｈ，电离气体流量为０．５－１．２ｍ↑［３］／ｈ，电流为２８０－３８０Ａ，扫描速度为３５０－４８０ｍｍ／ｍｉｎ。优点在于，制备出既含有非晶结构又含有纳米结构的非晶纳米晶复合涂层，这种涂层具有优异的耐磨及耐蚀性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及等离子熔覆合金涂层
，特别是涉及。
技术介绍
非晶纳米晶材料具有比传统材料更加优异的性能，如较高的强度、硬度和优良的耐磨耐蚀性能，因而是一种很有发展前景的新型材料。近几年来非晶、纳米晶涂层制备技术也在不断发展，但是由于制备块体非晶、纳米晶材料制备的难度严重影响了非晶、纳米晶材料在实际当中的应用。相对来说在材料表面制备非晶、纳米晶表层，更有利于实现。因此利用电镀、化学镀、热喷涂、激光熔覆等技术制备的非晶、纳米晶及非晶纳米晶表层相继研制出来。金属学报，2000，36(12)1244-1247.报道，武晓雷等人利用激光熔覆技术在5号钢表面制备了大厚度的Fe57Co8Ni8Zr10Si4B13非晶涂层，该非晶涂层与基体呈冶金结合且具有良好的耐蚀性能。中国表面工程，2004，69(6)22-26.报道，潘继岗等人利用超音速火焰喷涂技术制备了钼基非晶纳米晶涂层.该涂层具有良好的耐蚀耐磨性能及优良的热稳定性。Surface and Coating Technology，2005，192311～316.Lingzhong，Du等人利用电镀方法制备了纳米Al2O3-Ni复合镀层，该涂层具有良好的耐蚀耐磨性能。等离子熔覆技术与上述几种表面技术相比起步较晚，目前利用等离子熔覆技术制备非晶涂层、纳米晶涂层及非晶纳米晶表层的报道鲜有发现。等离子熔覆技术是在热喷涂、激光熔覆等表面技术的基础上发展起来的一种新的表面涂层技术。等离子熔覆的过程是一个快速熔化、快速凝固的过程，满足非晶合金所需的快冷条件。等离子束在常压下发生，因此等离子熔覆设备不需真空系统；等离子熔覆技术用于金属表面处理，不需任何前处理，并且涂层与基体为冶金结合，工艺过程简单，设备成本低，与同为厚涂层的热喷涂技术(金属表面需前处理，结合力较差)和激光熔覆技术(需要真空系统，设备成本为等离子熔覆设备的10倍左右)相比，是一种更有效、更经济、更方便的表面技术，因此等离子熔覆技术用于非晶纳米晶涂层的制备具有更加广阔的前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，克服了原有制备非晶纳米晶涂层技术要么涂层与基体结合力较差，要么成本昂贵的不足，所制备的合金涂层与基体呈冶金结合。利用等离子熔覆技术制备出既含有非晶结构又含有纳米结构的非晶纳米晶复合涂层，这种涂层具有优异的耐磨耐腐蚀性能，并且成本大大降低。本专利技术等离子熔覆铁基非晶纳米晶涂层采用多种金属及非金属粉末为熔覆材料，其成分按重量百分比计为C 0.5-3.0、B 2-5、Si 2-6、P 0.9-3.0、Mo 12.0-26.0、Ni 5.0-15.0、Cr 2.0-15.0、Re 0.8-3.0、Fe余量，粒度范围106～180微米。本专利技术的采用国产等离子熔覆设备，熔覆工艺参数为用Ar作为保护和电离气体，送粉氩气流量为0.2-0.8m3/h，保护氩气流量为0.4-1.0m3/h，电离气体流量为0.5-1.2m3/h，电流为280-380A，扫描速度为350-480mm/min。本专利技术的优点在于，所制备的合金涂层与基体呈冶金结合，由于所使用的设备及原料成本较低，因此制备成本大大降低，其原理是通过合理设计熔覆粉末成分，依靠等离子熔覆过程中快速冷确的特点来得到非晶纳米晶涂层。所得到的非晶纳米晶复合涂层，不但具有优异的耐磨耐腐蚀性能，而且有良好的热稳定性。附图说明图1为等离子熔覆铁基涂层横断面形貌照片图2为等离子熔覆铁基涂层X射线衍射图谱图3为等离子熔覆铁基涂层场发射电镜(FESEM)照片图4为等离子熔覆铁基涂层透射电镜(TEM)形貌5为等离子熔覆铁基涂层的差热分析(DSC)曲线具体实施方式实施例1多元素合金粉末的成分按重量百分比计为C 0.5-3.0、B 2-5、Si 2-6、P 0.9-3.0、Mo 12.0-26.0、Ni 5.0-15.0、Cr 2.0-15.0、Re 0.8-3.0、Fe余量，粒度范围106～180微米。用等离子熔覆在A3钢基体上制备涂层，熔覆工艺参数为用Ar作为保护和电离气体，送粉氩气流量为0.2-0.8m3/h，保护氩气流量为0.4-1.0m3/h，电离气体流量为0.5-1.2m3/h，电流为280-380A，扫描速度为350-480mm/min。实施例2多元素合金粉末的成分按重量百分比计为C 0.5-3.0、B 0.5-1.0、Si 1-3.5、P 0.9-3.0、Mo 12.0-26.0、Ni 5.0-15.0、Cr 2.0-15.0、Re 0.8-3.0、Fe余量，粒度范围106～180微米。用等离子熔覆在A3钢基体上制备涂层，熔覆工艺参数为用Ar作为保护和电离气体，送粉氩气流量为0.2-0.8m3/h，保护氩气流量为0.4-1.0m3/h，电离气体流量为0.5-1.2m3/h，电流为280-380A，扫描速度为350-480mm/min。实施例3多元素合金粉末的成分按重量百分比计为C 0.5-3.0、B 0.5-1.0、P 1.0-2.0、Al 2.5-3.0、Mo 18.0-25.0、Ni 7.0-10.0、Cr 4.0-8.0、Zr 2.5-3.0、Fe余量，粒度范围106～180微米。用等离子熔覆在A3钢基体上制备涂层，熔覆工艺参数为用Ar作为保护和电离气体，送粉氩气流量为0.2-0.8m3/h，保护氩气流量为0.4-1.0m3/h，电离气体流量为0.5-1.2m3/h，电流为280-380A，扫描速度为350-480mm/min。选择实施例1做涂层分析。涂层的晶体结构图1是等离子熔覆铁基涂层横断面形貌照片，可以看出是涂层的搭接形貌，涂层与基体为良好冶金结合，表层中裂纹、气孔以及夹杂等缺陷也较少。图2是等离子熔覆铁基涂层X射线衍射图谱，从图中可以看出涂层中除了含有非晶外，还含有结晶物质。对照标准衍射图谱可以查出涂层含有(FeNi)、Fe1.91C0.09和Fe0.54Mo0.37相，根据衍射峰的半高宽，利用谢乐公式(其中常数取0.89，λ取0.1542nm)分别计算了这三种物质的平均晶粒尺寸(FeNi)的平均晶粒尺寸为24nm，Fe1.91C0.09的平均晶粒尺寸为23nm，Fe0.54Mo0.37的平均晶粒尺寸为22nm。采用本专利技术的方法制备出了铁基非晶纳米晶复合涂层。涂层的微观组织结构用场发射扫面电镜观察了涂层的微观组织结构，结果见附图3。从中可以看出涂层的微观组织比较均匀，涂层中弥散分布有不同颗粒大小的多晶成分，测量这些多晶成分的尺寸，测量得到其尺寸分布在10～100nm之间，与用X衍射的衍射峰的半高宽经过谢乐公式计算的晶粒尺寸基本吻合。利用透射电镜对涂层的微区衍射花样(见图4)也表明了涂层中除了含有非晶外还含有结晶物质，而结晶物质是纳米尺寸，可见采用本专利技术的方法制备出了铁基非晶纳米晶复合涂层。涂层的硬度本专利技术用上海泰明公司的HXD-1000TM数字式显微硬度计测量了所得涂层硬度，最高显微硬度达到1390.2HV100，平均显微硬度为1052.2HV100。涂层的热稳定性用NETZSCH STA 409C热分析仪上测定了涂层的DSC曲线，选用氩气为保护性气体，氩气的流速为50ml/min，升温速度为30.0℃/min，加热到850℃。实验数据见附图5，从中可以本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种等离子熔覆铁基非晶纳米晶涂层，其特征在于，各元素合金粉末的成分按重量百分比计为：Ｃ０．５－３．０、Ｂ２－５、Ｓｉ２－６、Ｐ０．９－３．０、Ｍｏ１２．０－２６．０、Ｎｉ５．０－１５．０、Ｃｒ２．０－１５．０、Ｒｅ０．８－３．０、Ｆｅ余量，粒度范围１０６～１８０微米。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：樊自拴，张丽娜，王勇，孙冬柏，孟惠民，俞宏英，王旭东，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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