一种高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂层的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种非晶涂层的制备方法，具体涉及一种高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂层的制备方法。
【背景技术】
[0002]在众多非晶合金体系中，铁基非晶态合金以其低廉的成本，出众的断裂强度、硬度、抗腐蚀性、抗高温性和优异的软磁性等优点，在工业上显示出重要的应用价值。
[0003]超音速气雾化制粉技术是一种能量利用率高、惰性气体消耗量小、粒度范围窄的金属粉末制备技术，它制得的粉末球形度好、质量好，适用于超音速火焰喷涂技术对基体材料进行喷涂。同时，与化学气相沉积、物理气相沉积、电镀、化学镀、电刷镀、激光熔覆等涂层制备方法相比，热喷涂技术具有成本低、效率高、面积大、环境友好等优势，是目前应用最为广泛的耐磨、防腐涂层制备方法。而且，超音速火焰喷涂具有焰流细长、能量集中、火焰速度较高(4~5倍音速)、粒子速度高(>600 m/s)，粉末喷涂过程中氧化程度低、微观组织变化小，涂层致密、孔隙率低(<1%)、硬度高、韧性大、与基体结合强度高、涂层表面光滑，操作灵活、可以连续喷涂等优点，是一种适于制备铁基非晶涂层的热喷涂方法。然而，上述技术在制备高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂层时存在困难。
[0004]美国和日本针对铁基非晶涂层的前期基础研究工作促进了铁基非晶涂层的应用。2003年美国国防部先进研究项目局(DARPA)启动了“海军先进非晶涂层”(Naval AdvancedAmorphous Coating-NAAC)计划，针对铁基非晶涂层在海洋环境和核福照环境中的应用，进行了系统的应用研究工作，其中最典型的两个非晶合金成分分别是具有高非晶形成能力的Fe4SCr15Mo14C15B6Y2和高B含量的Fe，合金牌号分别被命名为SAM1651和SAM2X5。可以看出，这两种非晶合金成分复杂，前者非晶形成能力好，但Β含量低；后者Β含量高，但非晶形成能力差，实现工业应用较为困难，需提高工业生产设备成本以制备高质量的非晶涂层，进而实现铁基非晶涂层作为中子吸收、耐磨损和耐腐蚀材料在核辐照环境中的应用。因此，需要提供一种能够制备高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂层并且易于工业应用的方法。
【发明内容】
[0005]本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂层的制备方法。
[0006]为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:一种高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂层的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤:
(a)按以下原子百分比称取原料:Fe为50~55%、Cr为15_20%、Mo为2_5%、Zr为5_10%、B为15~20%，加入真空感应熔炼炉中，在真空度< 0.1Pa时通入氩气，熔炼原料并混合均匀，浇铸得母合金；
(b)将所述母合金置于气雾化炉内加热熔化，使其过热度为300~400°C，将液态母合金雾化成非晶态球形粉末；
(C)取粒径为15~45 μm的所述非晶态球形粉末，采用超音速火焰喷涂技术在基底上制备Fe-Cr-B系非晶涂层，喷涂工艺参数为:丙烷压力0.5-0.6 MPa，氧气压力0.7-0.8 MPa,氮气压力0.5~0.7 MPa，空气压力0.6~0.8 MPa，丙烷工作流量70~75 L/h，氧气工作流量60-65 L/h，氮气工作流量500~800 L/h，空气工作流量100~150 L/h，喷涂距离220~250_。
[0007]优化地，步骤(a)中，所述原料的原子百分比为:Fe为54%、Cr为18%、Mo为2%、Zr为 8%、B 为 18%。
[0008]进一步地，所述熔炼功率为20~40kw，熔炼时间10~30分钟。
[0009]优化地，步骤(c)中，丙烷压力0.55 MPa，氧气压力0.8 MPa，氮气压力0.6 MPa，空气压力0.8 MPa，丙烷工作流量73 L/h，氧气工作流量62 L/h，氮气工作流量600 L/h，空气工作流量120 L/h，喷涂距离250 mm。
[0010]优化地，步骤(c)中，所述基底为304不锈钢，喷涂涂层厚度0.3-0.5mm。
[0011]优化地，步骤(b)中，所述熔化的母合金温度为1500-1700°C，熔体流速为100~300克/秒，雾化压力3-7MPa。
[0012]优化地，步骤(c)中，用325~800目的筛子对所述非晶态球形粉末进行筛选而取粒径为15~45μπι的。
[0013]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:本发明高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂层的制备方法，通过采用特定原子百分比的原料，并且结合特定的熔融、粉化和喷涂的技术，使得高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶粉末具有高熔点，在这种情况下还能具有成粉率高、粉末颗粒表面光滑的特点，制得的涂层非晶比例高、致密度高、孔隙率低于0.5%、结合强度高于55MPa、硬度高达1150HV0.1、耐磨损和耐腐蚀性能好；涂层的韧性好，无需对基板进行预热便可以实施喷涂，降低了实施喷涂的难度和成本；采用工业纯度原料即可，且易于工业化生产，降低了成本，该涂层是一种潜在的中子吸收、耐磨损、耐腐蚀材料，有望应用于核废料处理领域。
【附图说明】
[0014]图1为本发明高Cr和高B含量Fe_Cr_B系非晶涂层的制备方法制得的非晶态球形粉末SEM图；
图2为本发明高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂层的制备方法制得的非晶态球形粉末和非晶涂层的XRD图谱；
图3为本发明高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂层的制备方法制得的非晶涂层的截面SEM图像，图(b)是图(a)的放大图；
图4为本发明制得的涂层和304不锈钢在恒温30°C、lmol/L的HC1溶液中的极化曲线。
【具体实施方式】
[0015]下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明。
[0016]实施例1
本实施例提供一种高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂层的制备方法，它包括以下步骤: (a)按以下原子百分比称取原料Fe为54%、Cr为18%、Mo为2%、Zr为8%、B为18%，加入真空感应熔炼炉中，在真空度为0.1Pa时通入氩气，熔炼原料(熔炼功率为20kw，熔炼时间30分钟)并混合均匀，浇铸得母合金；原料为工业纯铁、工业纯铬、工业钼铁、工业硼铁、海绵锆或/和结晶锆；
(b)将母合金置于气雾化炉内加热熔化，在氩气压力为6MPa、雾化压力为3MPa、熔体流速为100克/秒、熔体过热度为300°C (温度为1500°C)的条件下用超音速氩气流将液态母合金雾化成非晶态球形粉末；从图1中可以看出，大部分粉末呈球形，具有良好的流动性，适合超音速火焰喷涂；
(c)取粒径为15~45μm的非晶态球形粉末，采用超音速火焰喷涂技术在304不锈钢上制备Fe-Cr-B系非晶涂层，喷涂工艺参数为:丙烷压力0.55 MPa，氧气压力0.8 MPa，氮气压力0.6 MPa，空气压力0.8 MPa，丙烷工作流量73 L/h，氧气工作流量62 L/h，氮气工作流量600 L/h,空气工作流量120 L/h,喷涂距离250 mm,喷涂涂层厚度为0