一种超高致密度的铝基非晶涂层及其制备方法与流程

本发明涉及非晶涂层技术领域，具体涉及一种超高致密度的铝基非晶涂层及其制备方法，该制备方法对其他非晶涂层制备科学提供指导。

背景技术：

对比传统铝合金材料，铝基非晶合金具有远超于传统铝合金的性能，例如低密度、高强度、高韧性、超塑性和优异的耐蚀性等一系列优点，是一种应用前景更加广阔的新型金属材料。然而其有限的非晶形成能力极大地限制了它的发展应用，且铝基非晶合金室温下塑性变形能力较差，这都限制了其作为结构材料的应用。因此，通过喷涂制备技术获得铝基非晶涂层是解决上述问题的一种有效途径，铝基非晶涂层可保持铝基非晶合金良好的耐磨性能，并同时兼具高硬度，高耐蚀性能，是舰船防护以及其他苛刻环境要求下的最佳选择。目前制备铝基非晶合金涂层的主要技术即是超音速火焰喷涂技术，通过超音速火焰喷涂制备涂层，提高了熔滴射流速度和降低了颗粒的过热程度，更容易得到具有非晶结构的涂层，但在制备过程中，无法避免的是孔隙的形成。

孔隙作为一种重要的结构缺陷对涂层的使用性能和服役寿命产生重要的影响。涂层孔隙率是表征涂层致密度的一个重要指标，也是评价涂层质量优劣的重要标准，孔隙率的高低在一定程度上可以反映涂层质量的好坏。孔隙率代表涂层组织状态，孔隙率大时，水中含有的腐蚀介质容易深入到涂层中，甚至接触到基体，造成涂层内部的腐蚀破坏，不仅影响到显微硬度，也会降低结合强度。因此，孔隙率对涂层抗磨蚀性能影响较大，降低孔隙率是抗磨蚀涂层技术研究重点之一。孔隙产生的原因主要在于喷涂过程中熔融或半熔融的粒子由于飞行速度和温度等参数不同，在粒子交错叠加形成涂层的过程中，堆叠粒子之间存在气体缝隙等，阻止了熔融粒子的填入，最终形成了孔隙。目前通过hvaf制备的铝基非晶涂层具有髙硬度、涂层与基体结合强度高、抗磨损性好等优点，但是如何减少甚至避免孔隙的形成，一直是制备非晶合金涂层的难题。获得超高致密度的铝基非晶涂层，同时保证铝基非晶涂层具备良好的非晶度及耐腐蚀性能，一直是铝基非晶合金涂层制备的难点。

技术实现要素：

发明的目的：针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提供了一种超高致密度的铝基非晶涂层及其制备方法，该涂层具备超低孔隙率即超高致密度的特性，属于非晶合金涂层技术领域。本发明采用目前形成能力最佳的铝基非晶合金成分体系(al-tm-re)，通过超音速空气火焰喷涂(hvaf)技术制备，本制备方法制备过程稳定，所制备获得的铝基非晶涂层孔隙率最低可达0.1％，具备超高致密度，涂层表面熔化状态良好且涂层的非晶度≥70％，并且具备良好的抗腐蚀性能。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种超高致密度的铝基非晶涂层，该涂层具备超低孔隙率即超高致密度的特性，该制备方法采用hvaf技术，原料选取al-tm-re系非晶合金粉末，其成分体系中al含量≥85wt.％，co或ni元素选取作为tm过度族元素，la或y选取作为re稀土族元素。所制备获得的铝基非晶涂层致密度超高，涂层孔隙率≤0.1，同时具备高的非晶度，并在特定盐水环境中具备很强的抗腐蚀能力。

一种超高致密度的铝基非晶涂层的制备方法，采用hvaf法制备铝基非晶涂层工艺参数如下：

(1)空气流量选取90-95psi，燃料量85-95psi。增加燃料利用率，保证涂层表面粉末融化状态良好。

(2)喷涂距离选取为160-170mm之间，保证粉末飞行距离充分，增加粉末冷却速率，提高制备获得的涂层非晶度≥70％。

(3)喷枪速度1m/s，保证粉末射流稳定，喷涂均匀，提高涂层与基板间的结合强度。

(4)送粉速率选取4-5r/min。

(5)喷涂基板后方采用氮气吹扫，气压选取3-5mpa之间，利用高速气体加快基板冷却速率，提高涂层非晶度。。

本发明的优点及有益效果如下：

1、本发明制备技术采用超音速空气火焰喷涂技术(hvaf)制备铝基非晶涂层，选取空气流量为90-95psi，燃料量85-95psi，充分保证燃料利用率，提高涂层表面颗粒熔化效果。

2、本发明制备技术喷涂距离选取为160-170mm之间，保证粉末飞行距离充分，增加粉末冷却速率，提高制备获得的涂层非晶度≥70％。喷枪速度1m/s，送粉速率4-5r/min，保证粉末射流稳定，喷涂均匀，提高涂层与基板间的结合强度，同时喷涂过程中，在基板后方采用高压氮气吹扫方法，气压选取3-5mpa，高速射流气体将有效提高基板冷却速率，进而提高铝基非晶合金涂层的非晶含量。

3、本发明制备获得的铝基非晶涂层孔隙率≤0.1％，具备超高致密度，同时涂层非晶度≥70％，并且具有较强的抗局部腐蚀能力。本发明对其他非晶合金涂层的制备提供指导。

附图说明

图1为采用三种不同工艺获得的铝基非晶涂层的xrd图谱。

图2为采用对比例3的工艺获得的铝基非晶涂层sem图像。

图3为采用对比例4的工艺获得的铝基非晶涂层sem图像。

图4为采用实施例的工艺获得的铝基非晶涂层sem图像。

图5为采用对比例3的工艺获得的铝基非晶涂层3d孔隙图谱。

图6为采用对比例4的工艺获得的铝基非晶涂层3d孔隙图谱。

图7为采用实施例的工艺获得的铝基非晶涂层3d孔隙图谱。

图8为采用三种不同工艺获得的铝基非晶涂层极化曲线图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例详述本发明。

实施例：

本发明提出的一种超高致密度的铝基非晶涂层，其制备方法为：采用hvaf超音速火焰喷涂技术，空气选取90-95psi，燃料量85-95psi，增加燃料利用率，保证涂层表面粉末融化状态良好；喷涂距离选取为160-170mm之间，保证粉末飞行距离充分，增加粉末冷却速率，提高制备获得的涂层非晶度≥70％；喷枪速度1m/s，送粉速率选取4-5r/min，保证粉末射流稳定，喷涂均匀，提高涂层与基板间的结合强度，同时喷涂过程中，在基板后方采用高压氮气吹扫方法，气压选取3-5mpa，高速射流气体将有效提高基板冷却速率，进而提高铝基非晶合金涂层的非晶含量。

本发明制备方法制备的一种超高致密度的铝基非晶涂层，非晶度良好，参见图1所示，通过xrd分析的3#曲线可以看出，采用本制备方法制备的铝基非晶涂层，非晶度良好，只有极少量的α-al相析出，超过70％均为非晶馒头峰。同时，采用本制备方法获得的铝基非晶涂层致密度超高，通过图2～4的sem图像分析可以得知，采用本制备方法获得的3#非晶涂层样品表面孔隙率最低，涂层截面光滑。同时图5～7的3d孔隙率测定也可以明显看出，代表孔隙的彩色颗粒明显较比1#和2#样品少，而通过与基体的占有量进行比对后计算得出，3#铝基非晶涂层孔隙率为0.1％。最终，采用本制备方法获得的铝基非晶涂层具备一定的抗腐蚀能力，如图8所示，其中3#涂层点蚀点位明显高于另外两种涂层。

对比例1：

与实施例不同之处在于：喷涂距离选取150mm，制备获得的al基非晶涂层非晶度低，具体分析如图1中1#曲线所示。

对比例2：

与实施例不同之处在于：喷涂距离选取140mm，制备获得的al基非晶涂层存在较多晶体相，具体分析如图1中2#曲线所示。

对比例3：

与实施例不同之处在于：喷涂距离选取180mm，制备获得的al基非晶涂层中缺陷较多，形成大量孔隙，具体分析如图2和图5中1#图像所示。

对比例4：

与实施例不同之处在于：喷枪速度1.5m/s，送粉速率选取3r/min。制备过程中粉末熔化速率明显降低，涂层不均匀导致形成大量孔隙，具体分析如图3及图6中2#图像所示。

对比例5：

与实施例不同之处在于：喷枪速度0.5m/s，送粉速率选取6r/min。最终获得的铝基非晶涂层耐蚀性能低，如图8中1#曲线所示。

对比例6：

与实施例不同之处在于：空气流量选取100psi，燃料量选取80psi，粉末熔化不充分导致非晶度降低，耐蚀性能大幅度下降，如图8中2#曲线所示。

通过以上实施例与对比例看出，本发明公开了一种超高致密度的铝基非晶涂层及其制备方法，该涂层具备超低孔隙率即超高致密度的特性。本发明采用目前形成能力最佳的铝基非晶合金成分体系(al-tm-re)，通过超音速空气火焰喷涂(hvaf)技术制备，本制备方法制备过程稳定，所制备获得的铝基非晶涂层孔隙率最低可达0.1％，具备超高致密度，涂层表面熔化状态良好且涂层的非晶度≥70％，并且具备良好的抗腐蚀性能。本制备技术也为其他体系非晶合金涂层的制备提供指导。