采用等离子体喷涂技术制备的非晶合金涂层及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种采用等离子体喷涂技术制备的非晶合金涂层及其制备方法，所述方法包括以多晶合金粉体为原料，采用大气等离子喷涂技术将多晶合金粉体喷涂到经预处理的钢基体材料上，制备非晶合金涂层，所述非晶合金涂层中非晶相的含量可为80%以上，优选90%以上，所述非晶合金涂层中非晶相中结晶相的晶粒尺寸可为10～80nm，优选10～40nm。
【专利说明】采用等离子体喷涂技术制备的非晶合金涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制备非晶合金涂层及其方法，具体涉及一种采用等离子体喷涂技术制备铁基非晶合金涂层及其方法。
【背景技术】
[0002]机械部件的磨损和腐蚀是其失效的主要原因，每年工业领域近50%的机械部件失效是由磨损引起的，因金属腐蚀而报废的设备同样给国民经济和社会发展造成了重大的损失，因此开发具有高耐磨、高耐蚀性的材料显得尤为重要。
[0003]非晶合金作为一种新型材料，在国内外已受到愈来愈广泛的重视。非晶合金内部原子排列缺乏周期性，具有长程无序、短程有序的特征。由于合金内部不存在晶界、位错、层错等晶体缺陷，因此具有比传统晶态合金更加优良的性能，如高强度(6.0GPa)、高弹性(2%)、高断裂韧性(K。~200MPam1/2)、低弹性模量(E~20GPa)等，显示出广阔的应用前景，得到了极大的关注和广泛的研究。虽然近几十年非晶合金得到了较为迅速的发展，但由于制备条件及合金本身玻璃形成能力的限制，非晶合金的制备很难突破尺寸限制，目前制备的最大的块体非晶合金直径仅有80mm，长85mm。因此，非晶合金仍难以作为结构或功能材料被广泛应用。
[0004]利用热喷涂技术在材料表面制备非晶合金涂层是扩大非晶合金应用范围的一种行之有效的方法。该方法可以实现非晶合金在材料表面的大面积覆盖，不仅可以克服非晶合金玻璃形成能力受限的弊端，而且可充分发挥非晶合金优异的性能。非晶合金涂层的成功开发代表着非晶合金优异的化学和力学特性大量应用时代的开始。在众多非晶合金体系中，铁基非晶合金因其具有高的机械强度、高的晶化温度、良好的软磁性能、优异的耐蚀耐磨性能以及低的商业成本等特点，成为非晶合金领域研究的热点。研究表明，采用热喷涂技术制备铁基非晶合金涂层可对基体起到很好的保护作用，延长基体的使用寿命。
[0005]为了保证涂层具有高的非晶相含量，获得综合性能良好的非晶合金涂层，目前，国内外普遍采用预制(通常采用气雾化法制备)的非晶合金粉体为原料制备非晶合金涂层。但是，非晶合金粉体的制备比较困难，使得通过非晶合金粉体制备非晶合金涂层的成本较高，限制了非晶合金涂层的广泛应用，不利于这一技术的产业化。
【发明内容】
[0006]本发明旨在克服现有技术存在的上述问题，提供了一种直接以铁基多晶合金粉体为原料，通过等离子喷涂技术制备的非晶合金涂层及其制备方法。
[0007]本发明提供了一种采用等离子体喷涂技术制备非晶合金涂层的方法，所述方法包括以多晶合金粉体为原料，采用大气等离子喷涂技术将多晶合金粉体喷涂到经预处理的钢基体材料上，制备非晶合金涂层；所述多晶合金粉体的各成分的原子百分含量可为Cr (14~18at.%)、Mo(14~18at.%)、C (5 ~15at.%)、B(5 ~15at.%)、P(0 ~IOat.%)、Fe (40 ~50at.%)，各组分的原子百分含量之和为100%，所述多晶合金粉体的粒径大小可为I~96 μ m ;
所述大气等离子体喷涂的技术参数为:等离子体气体可为Ar:35~43标准升/分钟；等离子体气体H2:7~15标准升/分钟；粉末载气可为Ar2.0~4.0标准升/分钟；送粉速率可为35~45克/分钟；喷涂距离100~120mm ;喷涂电流500~700A。
[0008]虽然目前已有许多具有高玻璃形成能力的铁基非晶合金体系被成功开发，其中有些体系形成非晶的临界冷却速率仅为80K/s。本发明通过选择合适的多晶合金粉末作为喷涂粉体成分，在保证其具有高玻璃形成能力的前提下，利用等离子体喷涂技术，可采用多晶合金粉体直接喷涂获得高非晶相含量的涂层，相比现有技术采用非晶合金粉末作为喷涂粉体，可以起到简化工艺、节约成本的作用，为非晶合金涂层的制备提供一个新思路。而且本发明的方法制备的非晶合金涂层非晶相的含量高，可表现出优异的耐磨性和耐腐蚀性。
[0009]较佳地，所述多晶合金粉体原料在喷涂前经过烘干处理，条件可为100~120°C烘干I~2小时，再用于喷涂。
[0010]较佳地，所述基体材料的预处理包括除油、除锈、喷砂、超音清洗，和烘干处理。
[0011]较佳地，所述喷砂压强可为0.2~0.3MPa。
[0012]较佳地，所述喷涂前对基体材料进行预热，使基材表面的预热温度在150~2500C，喷涂过程中采用压缩空气对基体材料进行冷却。
[0013]较佳地，所述大气等离子体喷涂使用的喷枪可为F4-MB。
[0014]通过本发明的 方法获得的非晶合金涂层中非晶相含量高达80~100%，涂层中结晶相的晶粒尺寸为10~80nm，涂层表现出优异的耐磨性和耐蚀性。
[0015]本发明还提供一种上述方法制备的非晶合金涂层，其中，所述非晶合金涂层中非晶相的含量可为80%以上，优选90%以上，所述非晶合金涂层中非晶相中结晶相的晶粒尺寸可为10~80nm,优选10~40nm。
[0016]本发明提供的非晶合金涂层份非晶相含量高，且含有少量的纳米结晶相，具有优异的耐磨性和耐腐蚀性，可广泛用于机械部件的保护。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明采用的多晶合金粉末的一个示例SAM6合金粉体的扫描电镜照片； 图2为SAM6合金粉体及涂层的XRD图；
图3为SAM6非晶合金涂层的TEM明场像和选取电子衍射图；
图4为SAM6非晶合金涂层和316L不锈钢基体的摩擦系数曲线；
图5为SAM6非晶合金涂层与316L不锈钢基体的磨损率；
图6为SAM6非晶合金涂层和316L不锈钢基体在IM HCl溶液中的极化曲线。
【具体实施方式】
[0018]通过以下【具体实施方式】并参照附图对本发明作进一步详细说明，应理解为，以下实施方式仅为对本发明的说明，不是对本
【发明内容】
的限制，任何对本
【发明内容】
未作实质性变更的技术方案仍落入本发明的保护范围。
[0019]本发明公开了一种等离子体喷涂制备非晶合金涂层的新方法，即是直接采用多晶合金粉体为原料，喷涂制备非晶合金涂层。即、针对非晶合金粉体制备较困难的问题，本发明提出直接以铁基多晶合金粉体为原料，喷涂制备非晶合金涂层，粉体成分为Cr(14~18at.%)、Mo (14 ~18at.%)、C (5 ~15at.%)、B (5 ~15at.%)、P (O ~IOat.%)、Fe (40 ~50at.%) ο
[0020]本发明采用大气等离子体喷涂技术，以铁基多晶合金粉体为原料，制备了高非晶相含量的涂层。本发明提供的非晶合金涂层非晶相含量高达80~100%，涂层中结晶相的晶粒尺寸为10~80nm。涂层具有优良的耐磨性和耐蚀性，可广泛应用于耐磨防腐等领域。
[0021]本发明所述的制备方法包括以下步骤:
1)选用铁基多晶合金粉体(Cr(14 ~18at.%)、Mo (14 ~18at.%)、C (5 ~15at.%)、B (5 ~15 at.%)、P (0~IOat.%)、Fe (40~50at.%))为原料，所述粉体粒径要求I~96 μ m ;
2)基体表面经过除油-除锈-喷砂-超声清洗-烘干处理；
3)采用大气等离子体喷涂工艺方法，将粉体喷涂到处理后的基材表面；
非晶合金涂层制备的具体工艺参数如表1所示。
[0022]表1非晶合金涂层喷涂参数
【权利要求】
1.一种采用等离子体喷涂技术制备非晶合金涂层的方法，其特征在于，所述方法包括以多晶合金粉体为原料，采用大气等离子喷涂技术将多晶合金粉体喷涂到经预处理的钢基体材料上，制备非晶合金涂层； 所述多晶合金粉体的各成分的原子百分含量为Cr: 14~18 at.%、Mo:14~18 at.%、C:5 ~15 at.%、B:5 ~15 at.%、P:0 ~10 at.%、Fe:40 ~50 at.%，各组分的原子百分含量之和为100%，所述多晶合金粉体的粒径大小为I~96 ym； 所述大气等离子体喷涂的技术参数为:等离子体气体Ar:35~43标准升/分钟；等离子体气体H2:7~15标准升/分钟；粉末载气为Ar 2.0~4.0标准升/分钟；送粉速率为35~45克/分钟；喷涂距离为100~120 mm ;喷涂电流为500~700 A。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多晶合金粉体原料在喷涂前经过烘干处理，条件为100~120°C烘干I~2小时，再用于喷涂。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述基体材料的预处理包括除油、除锈、喷砂、超音清洗、和烘干处理。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述喷砂压强为0.2~0.3 MPa.。
5.根据权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于，所述喷涂前对基体材料进行预热，使基材表面的预热温度在150~250°C，喷涂过程中采用压缩空气对基体材料进行冷却。
6.根据权 利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于，所述大气等离子体喷涂使用的喷枪为F4-MB。
7.一种根据权利要求1-6中任一所述方法制备的非晶合金涂层，其特征在于，所述非晶合金涂层中非晶相的含量为80%以上，所述非晶合金涂层中非晶相中结晶相的晶粒尺寸为 10 ~80nm。
8.根据权利要求7所述的非晶合金涂层，其特征在于，所述非晶合金涂层中非晶相的含量为90%以上，所述非晶合金涂层中非晶相中结晶相的晶粒尺寸为10~40nm。
【文档编号】C23C24/02GK103882421SQ201410116624
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】张欢, 谢有桃, 黄利平, 郑学斌, 陈 光 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所