一种铁基非晶涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于涂层材料技术领域，特别涉及一种铁基非晶涂层及其制备方法。
【背景技术】
[0002]铁基非晶合金自从被发现以来，以其超高的强度、低的材料成本、优异的软磁性能和良好的耐磨、耐腐蚀性等特点而备受关注。然而，由于铁基非晶合金室温塑性较差，且大尺寸铁基非晶合金较难制备，限制了其作为结构材料的应用。因此，非晶合金作为涂层的应用成为一个很具前景的研究方向。由于非晶合金涂层相对较易实现，人们相继开发出了热喷涂、激光熔覆、化学镀等一系列非晶涂层制备方法。但是这些方法制备的非晶涂层与基体的结合强度较弱、涂层厚度太薄，从而在一定程度上限制了它的发展和应用。
[0003]利用等离子堆焊等堆焊方法可以很容易的制备厚度达几个毫米的堆焊层，而且堆焊层与基体有较强的冶金结合。目前国内外专利报道的非晶涂层制备方法更多的在于热喷涂、激光熔覆等方法制备的薄涂层，而堆焊方法由于过程中冷却速度较低，得到非晶涂层的难度相对较大，使得在这方面的专利报道较少。已公开专利CN103128421B报道了 “一种铁基非晶/纳米晶复合涂层的制备方法”，其制备方法是采用手工电弧焊的方法制备出一种铁基非晶/纳米晶复合涂层。与手工电弧焊相比，等离子堆焊不仅堆焊效率高、堆焊质量好，而且操作方便、安全。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种硬度高，耐磨性能好，抗裂纹性能好的铁基非晶涂层。
[0005]本发明另一目的是提供一种简单、可靠、安全、低成本的铁基非晶涂层的制备方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0007]—种铁基非晶涂层及其制备方法，通过等离子堆焊法制备而成。该方法为冶金结合工艺，相对于现有铁基非晶涂层的热喷涂法，即机械结合方法，等离子堆焊方法使得涂层与基材结合的更为牢固。
[0008]所述等离子堆焊法包括下述具体步骤:
[0009](I)将工业上使用的纯金属Fe、S1、Mn和工业上用的Fe_Mo、Fe-T1、Fe_Nb、Fe-B,Fe-C合金按比例配制成原料并制备成粒度为100?300 μ m的合金粉末；
[0010](2)对基材表面依次进行氧化物去除和表面清洗；
[0011](3)采用等离子堆焊机，将经步骤(I)制备好的合金粉末堆焊成合金涂层，其中，等离子堆焊机的各项工艺参数为:焊接电压为25?30V、焊接电流为140?200A、焊接速度为35?40mm/min、保护气流速度为10?12L/min，送粉速度为15?25g/min，摆动幅度为20 ?30mm ;
[0012]其中，铁基非晶涂层的堆焊涂层厚度按实际要求进行控制。
[0013](4)等离子堆焊结束后，将等离子堆焊涂层和基材在空气中自然冷却到室温即完成该铁基非晶涂层的制备。
[0014]优选地，所述步骤⑴中所述合金粉末采用真空气雾法制备而成:将工业上使用的纯金属Fe、S1、Mn和工业上用的Fe_Mo、Fe-T1、Fe_Nb、Fe-B、Fe-C合金按比例配制后置于真空感应炉中熔化、精炼，然后将熔融的金属液体倒入保温坩祸中并进入雾化炉中，经高压气体流雾化并在雾化塔中凝固、沉降，落入收粉罐中得到。
[0015]其中，上述铁基非晶合金粉末除了可以采用现有技术中将纯金属或者合金以粉末或块体配制成所需比例原料，经熔化后采用水雾化或者气雾化的方法雾化成粉末的方法进行制备；也可以采用将纯金属或者合金以粉末或块体配制成所需比例原料，熔化后凝固、粉碎，即采用物理方法制备粉末；或者采用本领域技术人员惯用的其他方法制备。
[0016]优选地，所述步骤⑴中按照比例配制的合金粉末的成分为:
[0017]Fe63.32Mo3.32Ti2.04Nb9.83B16.62C3.85Si0.55Mn0.47，其中，各数值为原子百分数。
[0018]在该铁基非晶合金粉末的组成成分中，B、C都是类金属元素，除可以降低非晶合金的临界冷却速率外，主要作用是形成非晶合金，而且B、C是重要的耐磨相形成元素；S1、Mn具有联合脱氧和固溶强化作用，可以降低熔点，提高熔融金属流动性，提高非晶形成能力；Nb、Ti是强碳化物形成元素；Mo、Cu可以促使各组分的融合更加充分，提高涂层韧性。
[0019]其中，合金粉末也可以根据上述比例进行调节并与所述堆焊工艺配合，形成性能良好的铁基非晶涂层。
[0020]优选地，在步骤(2)中，所述基材为35CrMo钢；所述基材表面氧化物的去除采用车削或打磨的方法；所述基材表面清洗采用金属洗净剂、热碱液或有机溶剂进行表面清洗。
[0021]—种采用上述的铁基非晶涂层的制备方法在基材上形成的铁基非晶涂层。
[0022]与现有技术相比，采用该等离子堆焊法制备的铁基堆焊涂层是一种非晶涂层，具有较高的洛氏硬度，耐磨粒磨损性能远好于35CrMo钢，可广泛应用于冶金机械、矿山机械、动力机械、石油、化工设备，建筑运输设备以及工具、模具的制造和修复；此外，该等离子堆焊方法制备涂层的工艺简单，操作简便易行，无需焊前预热、焊后缓冷，堆焊后涂层无裂纹，并且焊接过程中飞溅小，涂层无剥落，涂层成形良好；其中合金制备可以采用铁合金替代纯金属组元的方法，降低了成本，适用于工业化生产。
【附图说明】
[0023]图1是本发明铁基非晶涂层实施例1?4的X射线衍射图；
[0024]图2是本发明铁基非晶涂层实施例1的透射电镜图；
[0025]图3是本发明铁基非晶涂层实施例1?4的洛氏硬度对比图；
[0026]图4是本发明铁基非晶涂层实施例1?4的耐磨性能对比图；
【具体实施方式】
[0027]下面结合【具体实施方式】对本发明的上述
【发明内容】
作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。
[0028]实施例1
[0029](I)采用真空气雾法制备等离子堆焊所用合金粉末:
[0030]将工业上使用的纯金属Fe、S1、Mn和工业上用的Fe-Mo、Fe-T1、Fe-Nb、Fe-B, Fe-C合金按成分为F
θ63.32MO3.32TI2.04^9.83^16.62
C3.8sSi。.55Μηα47(原子百分数，at% )进行原料配置后，将原料置于真空感应炉中熔化、精炼，然后将熔融的金属液体倒入保温坩祸中并进入雾化炉中，经高压气体流雾化并在雾化塔中凝固、沉降，落入收粉罐中得到；
[0031](2)选用35CrMo钢作为基材，并在进行等离子堆焊前对基材表面依次进行氧化物去除和表面清洗，其中，去除氧化物采用打磨法，直至露出金属光泽；表面清洗则依次采用金属洗净剂、酒精和丙酮进行清洗；
[0032](3)采用型号为LU-D500-F600/B800-CNC型数控等离子堆焊机，将经步骤(I)制备好的合金粉末堆焊成合金涂层；
[0033]其中，等离子堆焊机各项工艺参数设定如下:焊接电压为26V、焊接电流为140A、焊接速度为35mm/min、保护气流速度为10L/min，送粉速度为20g/min，摆动幅度为23mm ；
[