Fe-Al-Nb合金涂层及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种Fe-Al-Nb合金涂层，Fe-Al-Nb合金涂层分为基体层、沉积层和扩散层三部分；所述基体层为普通碳钢材料；所述沉积层由Nb99.5wt％，其余由AlNb2、Fe7Nb6、Fe2Al5和Fe3Al组成；所述扩散层由Al25wt％～34wt％、Fe65wt％～73wt％和Nb1.0wt％～2.0wt％组成。所述Fe-Al-Nb合金涂层的厚度为150～200μm。所述普通碳钢材料为45钢或Q235。本发明不仅进一步提高了Fe-Al基涂层的强度、抗高温腐蚀性能，而且提高了Fe-Al基涂层的韧性，有效降低了其室温脆性。
【专利说明】Fe-A 1-Nb合金涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属材料表面改性【技术领域】，具体涉及一种Fe-Al-Nb合金涂层及其制备方法。
【背景技术】
[0002]Fe-Al金属间化合物是目前研究比较深入的金属间化合物之一，其比强度高、耐蚀性优异，同时具有资源丰富、成本低廉等优势。但由于其自身结合键的性质、晶体结构、缺陷敏感度、有序度及环境等因素导致Fe-Al合金涂层的塑韧性和600°C以上的高温综合性能还不能满足高温、热腐蚀和磨损共存的苛刻服役环境的要求，严重制约了 Fe-Al合金涂层大量投入工业化应用。
[0003]邓文等在研究Nb对Fe3Al合金基体与缺陷处价电子密度的影响时，测量了含Nb的Fe3Al合金的正电子寿命谱参数。试验结果表明，Nb的加入降低了合金中的有序度，提高了晶界缺陷处价电子密度，金属间结合力增强，但由于Nb的原子半径比Fe大，它置换Fe后使晶格发生畸变，体积增大，导致合金基体的价电子密度降低，基体的金属键结合力减弱，有益于韧性的提高。尹衍生等在Fe3Al中同时加入少量Nb元素，改善了合金的高温蠕变寿命。另外，已有研究表明Nb是提高Fe-Al合金组织稳定性、高温强度和耐高温腐蚀性能的重要合金元素。
[0004]目前缺乏一种强度高、韧性好、高温综合性能优异的Fe-Al-Nb合金涂层及其制备方法。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种强度高、韧性好、高温综合性能优异的Fe-Al-Nb合金涂层及其制备方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现:一种Fe-Al-Nb合金涂层，Fe-Al-Nb合金涂层分为基体层、沉积层和扩散层三部分；
[0007]所述基体层为普通碳钢材料；
[0008]所述沉积层由Nb99.5wt%,其余由 AlNb2、Fe7Nb6、Fe2Al5 和 Fe3Al 组成；
[0009]所述扩散层由A125wt%?34wt%、Fe65wt%?73wt%和 Nbl.0wt%?2.0wt%组成。
[0010]进一步地，所述Fe-Al-Nb合金涂层的厚度为150?200 μ m。
[0011]进一步地，所述普通碳钢材料为45钢或Q235。
[0012]更进一步地，所述扩散层内，Al的重量百分比由表及里逐渐降低。
[0013]本发明所述的Fe-Al-Nb合金涂层的制备方法，包括如下步骤:
[0014](I)清洗:准备普通碳钢材料，并对其进行除油、除锈和超声清洗处理；
[0015](2)助镀:将普通碳钢材料置于温度为70?80°C的助镀剂中，10?15min后取出试样并迅速将试样表面吹干；
[0016](3)熔铝:将工业纯铝锭加入石墨坩埚中加热至750?800°C呈液体，然后除去覆盖在铝液表面上的氧化物后将覆盖剂均匀撒在铝液表面；
[0017](4)热浸镀铝:将普通碳钢材料快速浸没在熔融铝液中，浸镀时间为130s?150s后，缓慢勾速取出试样，空冷；
[0018](5)真空扩散退火:将热浸镀后的材料放入真空气氛炉中进行真空扩散退火处理，退火温度为850?900°C，退火时间为5?6h，之后随炉冷却；
[0019](6)双辉改性预处理:将制备好的Fe-Al涂层材料在砂纸上进行研磨，并在该过程中使用金相显微镜进行实时观察，直至除去材料外表面分布有密集的孔洞，之后进行抛光并在蒸馏水中超声清洗；
[0020](7)预热、活化处理:将靶材和普通碳钢材料置于炉膛内，调整靶材与普通碳钢材料之间的距离为15mm?20mm,炉膛内抽真空至气压为O?2Pa,通入IS气至气压为30?40Pa，将普通碳钢材料的电压缓慢升至100V?150V，靶材的电压缓慢升至150V?200V，处理时间为15?20min，对靶材和普通碳钢材料进行清洗、活化；
[0021](8)双辉渗Nb改性:将炉膛内的气压调节为35Pa?45Pa，靶材的电压调整至800V?900V，普通碳钢材料的电压调整至350V?450V，普通碳钢材料的温度升至900°C?1000°C，保温时间为3?5h，制备出Fe-Al-Nb合金涂层。
[0022]进一步地，所述步骤(6)中，所述砂纸为不小于1000目。
[0023]进一步地，所述步骤⑵中，所述助镀剂由KBF42.25wt %?2.75wt %、A1F32.25wt%~ 2.75wt%, ReCl30.05wt%?0.lwt%、其余为 H2O 组成。
[0024]更进一步地,所述步骤(3)中，所述覆盖剂由KC145wt %?50wt % >NaFl2.5wt %?15.5wt%, CeCl0.1wt0.2wt%、其余为 NaCl 组成。
[0025]进一步地，在步骤(7)中，所述靶材为Nb，所述Nb的纯度为不小于99.99%。
[0026]有益效果:与采用高速电弧喷涂、等离子喷涂技术等制备的Fe-Al涂层相比较，采用本发明的热浸镀铝表面覆盖技术与双层辉光等离子表面渗Nb改性技术相结合制备的Fe-Al-Nb合金涂层，不仅进一步提高了 Fe-Al基涂层的强度、抗高温腐蚀性能，而且提高了Fe-Al基涂层的韧性，有效降低了其室温脆性。
[0027]本发明具有如下优点:
[0028](I)在普通钢材表面制备出Fe-Al-Nb合金涂层，既充分发挥Fe-Al-Nb金属间化合物的性能优势，又避开了它在加工性能方面的劣势，解决了涂层在复杂工况条件下开裂甚至剥落的难题，同时又节约了稀有金属元素Nb，为Fe-Al基金属间化合物的实用化进程提供新的技术路径。
[0029](2)热浸镀铝表面覆盖技术可制备出较厚的Fe-Al涂层；双层辉光等离子表面改性技术，通过氩离子和中性粒子轰击靶材和普通碳钢材料，将元素Nb输运至普通碳钢材料表面并促进Fe、Al、Nb三种元素的快速扩散，在短时间内形成与基体呈冶金结合的Fe-Al-Nb合金涂层。
[0030](3)该涂层厚度为150?200 μ m,比单纯使用双层辉光等离子表面冶金技术制备的涂层更厚。在沉积层主要为纯Nb，同时在其表面还存在有AlNb2、Fe7Nb6, Fe2Al5和Fe3Al等硬质合金相；在扩散层内，Al的浓度由表层的25wt%?34wt%及里呈梯度缓慢降低，Fe的浓度稳定在65wt%? 73wt%之间，形成Fe3Al、FeAl等韧性相，Nb的浓度在1.0wt%?2.0wt %之间，形成第二相弥散分布在涂层中。该涂层硬度为11?13GPa、弹性模量为450?500GPa,表现出优良的韧性。
[0031 ] (4) Fe-Al-Nb合金涂层截面显微维氏硬度850?900HV0.1，比Fe-Al涂层高50?100HV0.1，是45钢、Q235钢的3.5?4.5倍、4.5?5.0倍；纳米压痕分析中Fe-Al-Nb合金涂层硬度为11?13GPa、弹性模量为450?500GPa，与Fe-Al涂层的硬度相当、是其弹性模量的2倍左右，是45钢硬度的3倍左右、是其弹性模量的2.5倍左右，表现出优良的韧性。在600°C、700°C的条件下恒温氧化试验10h后，Fe-Al合金涂层表面均出现了大量分散的孔洞，700°C时局部区域腐蚀严重，而Fe-Al-Nb合金涂层表面平整无起皱现象，颗粒之间连接紧密，表新出优良的抗高温氧化性能，起到了在高温条件下服役时保护基体的作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是实施例1中所得Fe-Al-Nb合金涂层表面放大倍数为400倍的SEM图；
[0033]图2是实施例1中所得Fe-Al-Nb合金涂层表面放大倍数为10000倍的SEM图；
[0034]图3是实施例1中所得Fe-Al-Nb合金涂层截面BSEI图；
[0035]图4是实施例1中所得Fe-Al-Nb合金涂层表面XRD图谱；
[0036]图5是实施例1中所得Fe-Al-Nb合金涂层截面元素分布图；
[0037]图6是实施例1中600°C时不同试样的恒温氧化动力学曲线；
[0038]图7是实施例1中700°C时不同试样的恒温氧化动力学曲线；
[0039]图8是实施例1中所得Fe-Al-Nb合金涂层600°C恒温氧化10h后表面的BSEI图；
[0040]图9是实施例1中所得Fe-Al-Nb合金涂层700°C恒温氧化10h后表面的BSEI图。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图下面将通过具体实施例对本发明做进一步的具体描述，但不能理解为是对本发明保护范围的限定。
[0042]实施例1
[0043]本发明的一种Fe-Al-Nb合金涂层，Fe-Al-Nb合金涂层由基体层、沉积层和扩散层三部分组成；所述基体层为普通碳钢材料，所述沉积层由Nb99.5wt%，其余由AlNb2、Fe7Nb6, Fe2Al5 和 Fe3Al 组成；
[0044]如图1和图2所示，本发明制备所得的Fe-Al-Nb合金涂层表面平整光亮，微观结构呈胞状分布，多边形的小颗粒呈岛状三维形态；涂层厚度为200 μ m，
[0045]如图3所示，所述沉积层主要为Nb，Nb为99.5wt% ；
[0046]如图4所示,所述沉积层其余的0.5wt%由AlNb2、Fe7Nb6、Fe2Al5和Fe3Al硬质合金相组成，显著提高其表面硬度；
[0047]如图5所示，在扩散层内，Al的浓度由表层的28wt %及里呈梯度缓慢降低，Fe的浓度稳定在65wt%? 73wt%之间，形成Fe3Al、FeAl等韧性相，Nb的浓度在L 5wt%? 2wt%之间，形成第二相弥散分布在涂层中。
[0048]制备所得的Fe-Al-Nb合金涂层截面显微维氏硬度为900HV0.1，比Fe-Al涂层高100HV0.1，是45钢、Q235钢的4.5倍、5.0倍；纳米压痕分析中Fe-Al-Nb合金涂层硬度为13GPa、弹性模量为500GPa，与Fe-Al涂层的硬度相当、是其弹性模量的2.14倍，是45钢硬度的3.25倍、是其弹性模量的2.5倍，表现出优良的韧性。
[0049]如图6和图7所示，制备所得的Fe-Al-Nb合金涂层在600°C、700°C的条件下的恒温氧化动力学曲线。
[0050]如图8和图9所示，恒温氧化试验10h后，其表面形貌表面平整无起皱现象，颗粒之间连接紧密，表新出优良的抗高温氧化性能，起到了在高温条件下服役时保护基体的作用。
[0051]本发明的Fe-Al-Nb合金涂层的制备方法，包括如下步骤:
[0052]热浸镀铝+真空扩散退火工艺过程:
[0053](I)清洗:准备45钢板材；除油:将上述45钢置于丙酮溶液中超声清洗1min除油，再用蒸馏水清洗其表面上残存的丙酮溶液；除锈:除油完毕后置于浓度为10%的稀盐酸中浸泡1min除锈，再用蒸馏水清洗材料表面上残存的盐酸溶液；
[0054](2)助镀:将45钢置于温度为80°C的助镀剂中，1min后取出试样并迅速将试样表面吹干；
[0055](3)熔铝:将工业纯铝锭加入石墨坩埚中加热至750°C呈液体，然后除去覆盖在铝液表面上的氧化物后将覆盖剂均匀撒在铝液表面；
[0056](4)热浸镀铝:将45钢快速浸没在熔融铝液中，浸镀时间为130s后，缓慢勾速取出试样,空冷；
[0057](5)真空扩散退火:将热浸镀后的45钢放入BLMT-KG型对开式真空气氛管式炉中进行真空扩散退火处理，退火温度为900°C，退火时间为5h，之后随炉冷却；
[0058]双层辉光等离子表面改性渗Nb工艺过程:
[0059](6)双辉改性预处理:将制备好的Fe-Al涂层材料在1000目的砂纸上进行研磨，并在该过程中使用金相显微镜进行实时观察，直至除去材料外表面分布有密集的孔洞，之后进行抛光并在蒸馏水中超声清洗；
[0060](7)预热、活化处理:将靶材和45钢置于炉膛内，调整靶材与45钢之间的距离为20mm，炉膛内抽真空至气压为1.5Pa，通入氩气至气压为30Pa，开启45钢极电源以5V/min的速度缓慢升至150V，打开源极电源以同样的速度缓慢将靶材的电压缓慢升至200V，处理时间为20min，靶材和45钢进行清洗、活化；
[0061](8)双辉渗Nb改性:将炉膛内的气压调节为40Pa，靶材的电压调整至800V，45钢的电压调整至350V，45钢的温度升至900°C，保温时间为5h，制备出Fe-Al-Nb合金涂层。
[0062]所述步骤⑵中，所述助镀剂由KBF42.25wt%,AlF32.75wt%,ReCl30.1wt%、其余为H2O组成。
[0063]所述步骤(3)中，所述覆盖剂由KC150wt%、NaF12.5wt%, CeCl0.2wt%、其余为NaCl组成。
[0064]在步骤(7)中，所述靶材为圆片状纯Nb，所述Nb的纯度为不小于99.99%。所述革巴材的直径为100mm,厚度为1mm。
[0065]与采用高速电弧喷涂、等离子喷涂技术等制备的Fe-Al涂层相比较，采用本发明的热浸镀铝表面覆盖技术与双层辉光等离子表面渗Nb改性技术相结合制备的Fe-Al-Nb合金涂层，不仅进一步提高了 Fe-Al基涂层的强度、抗高温腐蚀性能，而且提高了 Fe-Al基涂层的韧性，有效降低了其室温脆性。
[0066]本发明具有如下优点:
[0067](I)在普通钢材表面制备出Fe-Al-Nb合金涂层，既充分发挥Fe-Al-Nb金属间化合物的性能优势，又避开了它在加工性能方面的劣势，又避开了它在加工性能方面的劣势，解决了涂层在复杂工况条件下开裂甚至剥落的难题，同时又节约了稀有金属元素Nb，为Fe-Al基金属间化合物的实用化进程提供新的技术路径。
[0068](2)热浸镀铝表面覆盖技术可制备出较厚的Fe-Al涂层；双层辉光等离子表面改性技术，通过氩离子和中性粒子轰击靶材和普通碳钢材料，将元素Nb输运至普通碳钢材料表面并促进Fe、Al、Nb三种元素的快速扩散，在短时间内形成与基体呈冶金结合的Fe-Al-Nb合金涂层。
[0069](3)该涂层厚度为150?200 μ m,比现有技术的涂层更厚。在沉积层主要为纯Nb，同时在其表面还存在有AlNb2、Fe7Nb6, Fe2Al5和Fe3Al等硬质合金相；在扩散层内，Al的浓度由表层的25wt %?34wt %及里呈梯度缓慢降低,Fe的浓度稳定在65wt %?73wt %之间，形成Fe3Al、FeAl等韧性相，Nb的浓度在1.0wt%?2.0wt%之间，形成第二相弥散分布在涂层中。该涂层硬度为11?13GPa、弹性模量为450?500GPa，表现出优良的韧性。
[0070](4) Fe-Al-Nb合金涂层截面显微维氏硬度850?900HV0.1，比Fe-Al涂层高50?100HV0.1，是45钢、Q235钢的3.5?4.5倍、4.5?5.0倍；纳米压痕分析中Fe-Al-Nb合金涂层硬度为11?13GPa、弹性模量为450?500GPa，与Fe-Al涂层的硬度相当、是其弹性模量的2倍左右，是45钢硬度的3倍左右、是其弹性模量的2.5倍左右，表现出优良的韧性。在600°C、700°C的条件下恒温氧化试验10h后，Fe-Al合金涂层表面均出现了大量分散的孔洞，700°C时局部区域腐蚀严重，而Fe-Al-Nb合金涂层表面平整无起皱现象，颗粒之间连接紧密，表新出优良的抗高温氧化性能，起到了在高温条件下服役时保护基体的作用。
[0071]实施例2
[0072]本发明的Fe-Al-Nb合金涂层的制备方法，包括如下步骤:
[0073]热浸镀铝+真空扩散退火工艺过程:
[0074](I)清洗:准备Q235板材；除油:将上述Q235置于丙酮溶液中超声清洗5min除油，再用蒸馏水清洗其表面上残存的丙酮溶液；除锈:除油完毕后置于浓度为5%的稀盐酸中浸泡20min除锈，再用蒸馏水清洗材料表面上残存的盐酸溶液；
[0075](2)助镀:将Q235置于温度为70°C的助镀剂中，15min后取出试样并迅速将试样表面吹干；
[0076](3)熔铝:将工业纯铝锭加入石墨坩埚中加热至800°C呈液体，然后除去覆盖在铝液表面上的氧化物后将覆盖剂均匀撒在铝液表面；
[0077](4)热浸镀铝:将Q235快速浸没在熔融铝液中，浸镀时间为150s后，缓慢勾速取出试样,空冷；
[0078](5)真空扩散退火:将热浸镀后的Q235放入BLMT-KG型对开式真空气氛管式炉中进行真空扩散退火处理，退火温度为850°C，退火时间为6h，之后随炉冷却；
[0079]双层辉光等离子表面改性渗Nb工艺过程:
[0080](6)双辉改性预处理:将制备好的Fe-Al涂层材料在1000目的砂纸上进行研磨，并在该过程中使用金相显微镜进行实时观察，直至除去材料外表面分布有密集的孔洞，之后进行抛光并在蒸馏水中超声清洗；
[0081](7)预热、活化处理:将靶材和Q235置于炉膛内，调整靶材与Q235之间的距离为15mm，炉膛内抽真空至气压为2Pa，通入氩气至气压为40Pa，开启Q235极电源以5V/min的速度缓慢升至100V，打开源极电源以同样的速度缓慢将靶材的电压缓慢升至150V，处理时间为15min，靶材和Q235进行清洗、活化；
[0082](8)双辉渗Nb改性:将炉膛内的气压调节为45Pa，靶材的电压调整至900V，Q235的电压调整至450V，Q235的温度升至1000°C，保温时间为3h，制备出Fe-Al-Nb合金涂层。
[0083]所述步骤⑵中，所述助镀剂由KBF42.75wt%, A1F32.25wt%, ReCl30.05wt%、其余为H2O组成。
[0084]所述步骤(3)中，所述覆盖剂由KC145wt%、NaF15.5wt%, CeCl0.1wt %、其余为NaCl组成。
[0085]本发明的一种Fe-Al-Nb合金涂层，Fe-Al-Nb合金涂层由基体层、沉积层和扩散层三部分组成；所述Fe-Al-Nb合金涂层的厚度为150 μ m。
[0086]所述基体层为Q235，所述沉积层主要为纯Nb，Nb为99.5wt% ;同时在其表面还存在有AlNb2、Fe7Nb6和Fe3Al硬质合金相，显著提高其表面硬度；
[0087]所述扩散层内，在扩散层内，Al的浓度由表层的34wt%及里呈梯度缓慢降低，Fe的浓度稳定在68wt%? 73wt%之间，形成Fe3Al、FeAl等韧性相，Nb的浓度在1.0wt%?
1.5wt%之间，形成第二相弥散分布在涂层中。
[0088]制备所得的Fe-Al-Nb合金涂层表面平整光亮，微观结构呈胞状分布，多边形的小颗粒呈岛状三维形态；制备所得的Fe-Al-Nb合金涂层截面显微维氏硬度为850HV0.1，比Fe-Al涂层高50HV0.1，是45钢、Q235钢的3.5倍、4.5倍；纳米压痕分析中Fe-Al-Nb合金涂层硬度为llGPa、弹性模量为450GPa，与Fe-Al涂层的硬度相当、是其弹性模量的1.9倍，是45钢硬度的2.75倍、是其弹性模量的2.25倍，表现出优良的韧性。
[0089]实施例3
[0090]本发明的Fe-Al-Nb合金涂层的制备方法，包括如下步骤:
[0091 ] 热浸镀铝+真空扩散退火工艺过程:
[0092](I)清洗:准备45钢板材；除油:将上述45钢置于丙酮溶液中超声清洗Smin除油，再用蒸馏水清洗其表面上残存的丙酮溶液；除锈:除油完毕后置于浓度为8%的稀盐酸中浸泡15min除锈，再用蒸馏水清洗材料表面上残存的盐酸溶液；
[0093](2)助镀:将45钢置于温度为75°C的助镀剂中，13min后取出试样并迅速将试样表面吹干；
[0094](3)熔铝:将工业纯铝锭加入石墨坩埚中加热至775°C呈液体，然后除去覆盖在铝液表面上的氧化物后将覆盖剂均匀撒在铝液表面；
[0095](4)热浸镀铝:将45钢快速浸没在熔融铝液中，浸镀时间为140s后，缓慢勾速取出试样,空冷；
[0096](5)真空扩散退火:将热浸镀后的45钢放入BLMT-KG型对开式真空气氛管式炉中进行真空扩散退火处理，退火温度为875°C，退火时间为5.5h，之后随炉冷却；
[0097]双层辉光等离子表面改性渗Nb工艺过程:
[0098](6)双辉改性预处理:将制备好的Fe-Al涂层材料在1000目的砂纸上进行研磨，并在该过程中使用金相显微镜进行实时观察，直至除去材料外表面分布有密集的孔洞，之后进行抛光并在蒸馏水中超声清洗；
[0099](7)预热、活化处理:将靶材和45钢置于炉膛内，调整靶材与45钢之间的距离为17mm，炉膛内抽真空至气压为1.7Pa，通入氩气至气压为35Pa，开启45钢极电源以5V/min的速度缓慢升至125V，打开源极电源以同样的速度缓慢将靶材的电压缓慢升至175V，处理时间为18min，靶材和45钢进行清洗、活化；
[0100](8)双辉渗Nb改性:将炉膛内的气压调节为42.5Pa，靶材的电压调整至850V，45钢的电压调整至400V，45钢的温度升至950°C，保温时间为4h，制备出Fe-Al-Nb合金涂层。
[0101]所述步骤(2)中，所述助镀剂由KBF42.5wt%,AlF32.5wt%,ReCl30.075wt%、其余为H2O组成。
[0102]所述步骤(3)中，所述覆盖剂由KC147.5wt%, NaF13wt%, CeCl0.15wt%、其余为NaCl组成。
[0103]在步骤(7)中，所述靶材为Nb，所述Nb的纯度为不小于99.99%。
[0104]本发明的一种Fe-Al-Nb合金涂层，Fe-Al-Nb合金涂层由基体层、沉积层和扩散层三部分组成；所述基体层为45钢，
[0105]所述Fe-Al-Nb合金涂层的厚度为160 μ m。
[0106]所述扩散层内，Al的重量百分比由表及里逐渐降低。
[0107]制备所得的Fe-Al-Nb合金涂层表面平整光亮，微观结构呈胞状分布，多边形的小颗粒呈岛状三维形态；所述沉积层主要为纯Nb，Nb为99.5wt% ;同时在其表面还存在有AlNb2, Fe7Nb6, Fe2Al5和Fe3Al等硬质合金相，显著提高其表面硬度；
[0108]在扩散层内，Al的浓度由表层的32wt%&里呈梯度缓慢降低，Fe的浓度稳定在65wt%?73wt%之间，形成Fe3Al、FeAl等韧性相，Nb的浓度在1.25wt%?1.75wt%之间，形成第二相弥散分布在涂层中。
[0109]制备所得的Fe-Al-Nb合金涂层截面显微维氏硬度为870HV0.1，比Fe-Al涂层高70HV0.1，是45钢、Q235钢的3.6倍、4.6倍；纳米压痕分析中Fe-Al-Nb合金涂层硬度为
11.5GPa、弹性模量为460GPa，与Fe-Al涂层的硬度相当、是其弹性模量的1.97倍，是45钢硬度的2.8倍、是其弹性模量的2.3倍，表现出优良的韧性。
[0110]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种Fe-Al-Nb合金涂层，其特征在于=Fe-Al-Nb合金涂层分为基体层、沉积层和扩散层三部分； 所述基体层为普通碳钢材料； 所述沉积层由Nb99.5wt%,其余由AlNb2、Fe7Nb6、Fe2Al5和Fe3Al组成； 所述扩散层由 A125wt%~34wt%、Fe65wt%~73wt%和 Nbl.0wt%~2.0wt%组成。
2.根据权利要求1所述的Fe-Al-Nb合金涂层，其特征在于:所述Fe-Al-Nb合金涂层的厚度为150~200 μ m。
3.根据权利要求1所述的Fe-Al-Nb合金涂层，其特征在于:所述普通碳钢材料为45钢或 Q235。
4.根据权利要求1所述的Fe-Al-Nb合金涂层，其特征在于:所述扩散层内，Al的重量百分比由表及里逐渐降低。
5.制备权利要求1-4任一项所述的Fe-Al-Nb合金涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)清洗:准备普通碳钢材料，并对其进行除油、除锈和超声清洗处理； (2)助镀:将普通碳钢材料置于温度为70~80°C的助镀剂中，10~15min后取出试样并迅速将试样表面吹 干； (3)熔铝:将工业纯铝锭加入石墨坩埚中加热至750~800°C呈液体，然后除去覆盖在铝液表面上的氧化物后将覆盖剂均匀撒在铝液表面； (4)热浸镀铝:将普通碳钢材料快速浸没在熔融铝液中，浸镀时间为130s~150s后，缓慢勾速取出试样，空冷； (5)真空扩散退火:将热浸镀后的材料放入真空气氛炉中进行真空扩散退火处理，退火温度为850~900°C，退火时间为5~6h，之后随炉冷却； (6)双辉改性预处理:将制备好的Fe-Al涂层材料在砂纸上进行研磨，并在该过程中使用金相显微镜进行实时观察，直至除去材料外表面分布有密集的孔洞，之后进行抛光并在蒸馏水中超声清洗； (7)预热、活化处理:将靶材和普通碳钢材料置于炉膛内，调整靶材与普通碳钢材料之间的距离为15mm~20mm,炉膛内抽真空至气压为O~2Pa,通入気气至气压为30~40Pa,将普通碳钢材料的电压缓慢升至100V~150V，靶材的电压缓慢升至150V~200V，处理时间为15~20min，对靶材和普通碳钢材料进行清洗、活化； (8)双辉渗Nb改性:将炉膛内的气压调节为35Pa~45Pa，靶材的电压调整至800V~900V，普通碳钢材料的电压调整至350V~450V，普通碳钢材料的温度升至900°C~1000°C，保温时间为3~5h，制备出Fe-Al-Nb合金涂层。
6.根据权利要求5所述的Fe-Al-Nb合金涂层的制备方法，其特征在于:所述步骤(6)中，所述砂纸为不小于1000目。
7.根据权利要求5所述的Fe-Al-Nb合金涂层的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中，所述助镀剂由 KBF42.25wt % ~2.75wt %、A1F32.25wt % ~2.75wt %、ReCl30.05wt % ~0.1wt %、其余SH2O组成。
8.根据权利要求5所述的Fe-Al-Nb合金涂层的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中，所述覆盖剂由 KC145wt%~50wt%、NaF12.5wt%~15.5wt% >CeC10.1wt %~0.2wt% >其余为NaCl组成。
9.根据权利要求6-8任一项所述的Fe-Al-Nb合金涂层的制备方法，其特征在于:在步骤(7)中，所述 靶材为Nb，所述Nb的纯度为不小于99.99%。
【文档编号】C23C28/02GK104070725SQ201410342568
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】姚正军, 张泽磊, 罗西希, 张平则, 陈煜 , 杨红勤, 吴小凤, 林玉划, 徐尚君 申请人:南京航空航天大学