一种非晶/纳米晶涂层、设备、应用以及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种非晶/纳米晶涂层、设备、应用以及制备方法，属于非晶合金涂层技术领域，涂层包含的成分以及各个成分的原子百分比分别为：Fe:34‑37at.％、Cr:21‑24at.％、Mo:16‑19at.％、C:13‑16at.％、B:4‑7at.％，其余为Y，其晶化率小于30％。其制备方法包括如下步骤：S1准备符合成分要求的铁基非晶粉末，采用超音速火焰喷涂工艺在基体表面制得非晶/纳米晶涂层；S2进行退火处理，具体为，在570℃‑620℃保持20分钟‑30分钟，然后随炉冷却，以此方式消除应力，保证晶化率。本发明专利技术通过控制非晶/纳米晶涂层的成分和工艺，使其晶化率小于30％，从而具有抗深海腐蚀能力。

【技术实现步骤摘要】
一种非晶/纳米晶涂层、设备、应用以及制备方法
本专利技术属于非晶合金涂层
，更具体地，涉及一种非晶/纳米晶涂层、设备、应用以及制备方法。
技术介绍
陆地上化石能源消耗殆尽，人类开始发展新能源及海洋化石能源以代替陆地上能源的消耗。海洋化石能源的开采是位于深海环境的作业，但深海环境与地表海洋环境有很大的不同，深海环境更为恶劣复杂。目前的金属材料及相关的防护涂层并不能满足防护需求。非晶合金因其具有长程无需，短程有序的结构特性，使其具备比晶态材料更加优异的力学性能。在众多非晶合金体系中，铁基非晶合金自研发以来就受到广泛的关注，主要是因为铁基非晶合金在具备其他非晶合金特性外还有具有超高的强度和硬度，优异的耐磨耐蚀性能以及低廉的原料成本。但铁基非晶受限非晶形成能力，使其无法制备大块非晶应用于工业中。涂层是解决铁基非晶合金工业应用的最好方式之一。利用超音速火焰喷涂技术将铁基非晶合金粉末加热加速喷射至基板表面形成涂层，不仅使得铁基非晶合金工业应用成为可能，也大大改善了铁基非晶合金微米尺度上的脆性。在深海环境中，由于恶劣复杂的自然环境，会使得非晶态材料的应力过大脱落以及可能产生部分晶化从而降低涂层耐腐蚀性能。因此，需要开发具有抗深海腐蚀能力的非晶合金，以拓宽非晶的应用范围。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种非晶/纳米晶涂层、设备、应用以及制备方法，其目的在于，通过设计成分和制备工艺，控制非晶的晶化率，从而使其具有抗深海腐蚀能力，由此解决现有非晶不具有抗深海腐蚀的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种非晶/纳米晶涂层，其其包含的成分以及各个成分的原子百分比分别为：Fe:34-37at.％、Cr:21-24at.％、Mo:16-19at.％、C:13-16at.％、B:4-7at.％，其余为Y，并且其晶化率小于30％。进一步的，其在深度大于800米的海下，腐蚀速度低于0.005mm/a。进一步的，其与基体的结合强度大于40MPa，涂层硬度大于1100Hv。进一步的，其表面具有聚四氟乙烯高分子材料，用于封孔处理。按照本专利技术的第二个方面，还提供一种深海作业设施、设备或者器具，其与深海海水接触的表面涂覆有如权利要求1-4之一所述的非晶/纳米晶涂层。以上所述的非晶/纳米晶涂层可涂覆在深海作业物体的表面，用于防止海水腐蚀。具体可涂覆在碳钢，不锈钢或/和青铜表面。按照本专利技术的又一个方面，还提供制备如上所述的非晶/纳米晶涂层的方法，其包括如下步骤：S1：准备符合成分要求的铁基非晶粉末，采用超音速火焰喷涂工艺在基体表面制得非晶/纳米晶涂层；S2：进行退火处理，具体为，在570℃-620℃保持20分钟-30分钟，然后随炉冷却，以此方式消除应力，保证晶化率。进一步的，步骤S1中，铁基非晶粉末的粒径为30μm～60μm。进一步的，步骤S1中，利用航空煤油液体燃料与高压氧气在燃烧室内充分燃烧，将非晶合金粉末加速喷射到预热喷砂后的基板表面形成涂层，其中，煤油流量22.5-23.5L/h，氧气流量850-950L/min，送粉气压力4.7-5.3MPa，喷涂距离30-35cm，单层涂层厚度12-15μm。本专利技术中，通过累加单层涂层厚度，最终制备获得所需厚度的非晶涂层，待整个非晶涂层制备完成后，再进行一次性退火。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本专利技术中，通过设计成分和控制晶化率小于30％，能保证非晶具有较好的抗深海腐蚀的能力。在控制晶化率上，关键工艺在于控制退火温度处于玻璃化转变温度以下，使得退火处理产生的晶体尺寸为纳米级，从而对产生部分晶化的涂层在深海环境中的耐腐蚀性能影响不大。具体的，退火工艺之所以能较好的控制晶化率，原因是当退火温度在玻璃化转变温度以下时，材料内部晶化相产生的速率慢，只需控制退火温度和退火时间处于一定范围值时，便可获得晶化率小于30％的样品。附图说明图1为本专利技术实施例中非晶涂层在不同退火温度后XRD曲线；图2为本专利技术实施例中非晶涂层在不同退火温度后DSC曲线；图3为本专利技术实施例中非晶涂层在不同退火工艺处理后，在80atm下涂层的阻抗谱伯德曲线；图4为本专利技术实施例中非晶涂层在不同退火工艺处理后，在80atm下涂层的动电位曲线；图5为精确控制晶化率后不同晶化率样品的电化学腐蚀数据，也即动电位拟合的腐蚀速率和阻抗谱拟合的样品阻值倒数；图6为本专利技术实施例中非晶涂层在封孔处理前后涂层表面SEM，其中，图6(a)为封孔处理前，图6(b)为封孔处理后。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。实施例1本实施例用于制备一种耐磨耐蚀高铬铁基非晶涂层。S1：准备符合成分要求的铁基非晶粉末，采用超音速火焰喷涂工艺在基体表面制得非晶/纳米晶涂层,具体为：本实施例使用的铁基非晶粉末的成分为，按原子百分比：Fe:34at.％、Cr:24at.％、Mo:16at.％、C:13at.％、B:4at.％，其余为Y。筛出粒径为50μm的非晶粉末，在70℃烘箱中保温1小时，使粉末保持干燥，以防止喷涂过程中出现黏粉而堵管。将喷涂基体(尺寸为200mm×200mm×10mm的不锈钢)依次使用200、320和800目砂纸打磨干净，用酒精超声10min，除去基体油渍。擦拭烘干后进行喷砂处理。将喷涂基体固定于喷涂预备架上，利用超音速火焰喷涂设备进行涂层的制备。具体参数如下：煤油流量23.5L/h，氧气流量950L/min，送粉气压力5.3MPa，喷涂距离30cm，单层涂层厚度15μm。在正式喷涂前，需对基板进行一次预热喷涂，即使用超音速火焰(无非晶粉末)对不锈钢基板进行预热。预热完成后，打开通粉开关，正式进行喷涂，在本次实例中，共计喷涂30道，涂层厚度为450μm。喷涂完成后，待涂层冷却后取下进行后续处理。S2：将制备获得的非晶涂层进行线切割，获得投影为10mm×10mm的样品，将尺寸为10mm×10mm的样品进行后续退火处理，以实现不同晶化率的精确控制。本实施例中，退火工艺为：570℃保持20分钟，然后随炉冷却。其在深度大于800米的海下，腐蚀速度低于0.005mm/a。实施例2本实施例用于制备一种耐磨耐蚀高铬铁基非晶涂层。S1：准备符合成分要求的铁基非晶粉末，采用超音速火焰喷涂工艺在基体表面制得非晶/纳米晶涂层,具体为：本实施例使用的铁基非晶粉末的成分为，按原子百分比：Fe:37at.％、Cr:21at.％、Mo:19at.％、C:16at.％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非晶/纳米晶涂层，其特征在于，其包含的成分以及各个成分的原子百分比分别为：Fe:34-37at.％、Cr:21-24at.％、Mo:16-19at.％、C:13-16at.％、B:4-7at.％，其余为Y，并且其晶化率小于30％。/n

【技术特征摘要】
1.一种非晶/纳米晶涂层，其特征在于，其包含的成分以及各个成分的原子百分比分别为：Fe:34-37at.％、Cr:21-24at.％、Mo:16-19at.％、C:13-16at.％、B:4-7at.％，其余为Y，并且其晶化率小于30％。


2.如权利要求1所述的非晶/纳米晶涂层，其特征在于，其在深度大于800米的海下，腐蚀速度低于0.005mm/a。


3.如权利要求2所述的非晶/纳米晶涂层，其特征在于，其与基体的结合强度大于40MPa，涂层硬度大于1100Hv。


4.如权利要求3所述的非晶/纳米晶涂层，其特征在于，其表面具有聚四氟乙烯高分子材料，用于封孔处理。


5.如权利要求1-4之一所述的非晶/纳米晶涂层的应用，其特征在于，其涂覆在深海作业物体的表面，用于防止海水腐蚀。


6.如权利要求5的应用，其特征在于，其涂覆在碳钢，不锈钢或/和青铜表面。


7.一种深海作业设施、设备或者器...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳林，干振，张诚，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42