本发明属于涂层材料制备领域，具体涉及一种耐磨耐腐蚀合金涂层及制备涂层的方法。
背景技术：
工农业生产中，很多装备与构件服役于摩擦、腐蚀的复杂工况环境，需要良好的摩擦相容性，即不能强度硬度太低、极易造成自身磨损，也不可太高，造成对磨损工件的损伤，在工件表面制备高性能耐磨涂层是解决材料磨损的重要途径之一，近年来得到迅速发展，随着现代化进程的推进，工程机械、设备及构件的工作条件日益苛刻，如水轮叶片、采掘刀具等，不仅工作在强腐蚀环境中，同时又不断运动、转动，承受不同介质的冲击和磨损，大量金属构件因腐蚀和磨损而失效。因此发展金属表面防护和强化技术是各国普遍关心的问题，而采用高性能的高级材料制造整体设备及零件以获得表面防护和强化的效果显然极不经济，甚至不可能实现，所以，研究和发展材料的表面处理技术具有重大技术和经济意义。
现有常见的表面处理所形成的涂层或覆层要么没有足够的机械强度、耐磨性和结合强度，在受到长时间冲击和机械作用后，会很快磨损，甚至剥离而失去对基材的保护，要么制备过程繁琐复杂，生产成本高。
技术实现要素：
本发明的目的是通过设计合金配方及其具体制备过程，得到一种新的耐磨耐腐蚀合金涂层及其制备涂层的方法，本发明涂层材料得到的涂层与基体结合强度高，同时具有良好的耐磨耐腐蚀性能。
为了实现本发明的目的，通过大量试验研究并不懈努力，最终获得如下技术方案：一种耐磨耐腐蚀合金涂层，由以下原料成分及含量制备而成：cu4-10wt％、cr13-20wt％、zr3-8wt％、ni7-15wt％、y1-5wt％、b0.5-3wt％、al1-4wt％、余量为fe。
优选地，如上所述耐磨耐腐蚀合金涂层，由以下原料成分及含量制备而成：cu6-8wt％、cr15-17wt％、zr5-7wt％、ni9-12wt％、y1.5-3.5wt％、b1.5-2.5wt％、al1.5-2.5wt％、余量为fe。
优选地，如上所述耐磨耐腐蚀合金涂层，由以下原料成分及含量制备而成：cu5wt％、cr17wt％、zr6wt％、ni10wt％、y2.5wt％、b2.0wt％、al2.2wt％、余量为fe。
优选地，如上所述耐磨耐腐蚀合金涂层，杂质总含量≤0.05wt％。
另外，本发明还提供以上述耐磨耐腐蚀合金涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)按比例称取原料粉末，放入球磨机中进行球磨，得到混合粉末；
(2)将混合粉末在保护性气氛下进行气雾化处理，雾化温度1550-1700℃，筛分出粒径30-70微米的合金粉末；
(3)基体预处理；
(4)采用等离子喷涂法将步骤(2)得到的合金粉末喷涂到基体表面，得到涂层。
进一步优选地，如上所述制备耐磨耐腐蚀涂层的方法，步骤(1)中球磨时将粉末用无水酒精密封并抽真空，之后充入氩气，反复吸-冲气3-4次，之后进行球磨，球磨转速为300-500r/min，球磨时间6-8h。
进一步优选地，如上所述制备耐磨耐腐蚀涂层的方法，球磨结束后，将所得酒精与粉末的混合物置于真空干燥箱中进行干燥。
进一步优选地，如上所述制备耐磨耐腐蚀涂层的方法，干燥温度为30-60℃。
进一步优选地，如上所述制备耐磨耐腐蚀涂层的方法，步骤(3)基体预处理是指对基体表面采取喷砂粗化处理，使表面粗糙度ra为10-15，再用无水乙醇对基体材料进行清洁并干燥。
进一步优选地，如上所述制备耐磨耐腐蚀涂层的方法，步骤(4)中等离子喷涂时送粉速率为30-50g/min，喷涂速度为20-40mm/min，喷涂距离为80-110mm。
本发明相对于现有技术，具有如下技术效果：
(1)本发明得到的涂层硬度高，达到574-623hv0.2，涂层与基体形成冶金结合，结合强度高，达到37-48mpa；
(2)本发明得到的涂层摩擦系数和孔隙率低，摩擦系数仅仅为0.07-0.22，涂层孔隙率为0.35-0.74％；
(3)本发明得到的涂层具有良好的耐腐蚀性，耐astmb117盐雾试验超过3140h；
(4)本发明涂层材料制备容易获得，制备涂层的过程简单易行，在耐磨耐腐蚀防护领域有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的保护范围。另外，实施例中未注明具体技术操作步骤或条件者，均按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品，下述实施例中基体为碳钢材料，具体为304l不锈钢基体。
实施例1
耐磨耐蚀性涂层制备：
步骤1：按cu4wt％、cr13wt％、zr3wt％、ni7wt％、y1wt％、b0.5wt％、al1wt％、余量为fe的比例称量各原料粉末共500kg，将其放入行星球磨机中，在惰性气体保护下进行机械合金化，球磨时将粉末用无水酒精密封并抽真空，之后充入氩气，反复吸-冲气3-4次，之后进行球磨，球磨转速为300r/min，球磨时间8h，球磨结束后，将所得酒精与粉末的混合物置于真空干燥箱中在30℃下进行干燥；
步骤2：将混合粉末在保护性气氛下进行气雾化处理，雾化温度1600℃，筛分出粒径30-70微米的合金粉末；
步骤3：指对基体表面采取喷砂粗化处理，使表面粗糙度ra为12，再用无水乙醇对基体材料进行清洁并干燥；
步骤4：采用等离子喷涂法将合金粉末喷涂到基体表面，得到涂层，等离子喷涂时送粉速率为50g/min，喷涂速度为20mm/min，喷涂距离为100mm。
实施例2
耐磨耐蚀性涂层制备：
步骤1：按cu6wt％、cr15wt％、zr5wt％、ni9wt％、y1.5wt％、b1.5wt％、al1.5wt％、余量为fe的比例称量各原料粉末共200kg，将其放入行星球磨机中，在惰性气体保护下进行机械合金化，球磨时将粉末用无水酒精密封并抽真空，之后充入氩气，反复吸-冲气3-4次，之后进行球磨，球磨转速为500r/min，球磨时间6h，球磨结束后，将所得酒精与粉末的混合物置于真空干燥箱中在40℃下进行干燥；
步骤2：将混合粉末在保护性气氛下进行气雾化处理，雾化温度1700℃，筛分出粒径30-70微米的合金粉末；
步骤3：指对基体表面采取喷砂粗化处理，使表面粗糙度为ra等于10，再用无水乙醇对基体材料进行清洁并干燥；
步骤4：采用等离子喷涂法将合金粉末喷涂到基体表面，得到涂层，等离子喷涂时送粉速率为40g/min，喷涂速度为30mm/min，喷涂距离为100mm。
实施例3
耐磨耐蚀性涂层制备：
cu5wt％、cr17wt％、zr6wt％、ni10wt％、y2.5wt％、b2.0wt％、al2.2wt％、余量为fe的比例称量各原料粉末共600kg，将其放入行星球磨机中，在惰性气体保护下进行机械合金化，球磨时将粉末用无水酒精密封并抽真空，之后充入氩气，反复吸-冲气3-4次，之后进行球磨，球磨转速为450r/min，球磨时间6.5h，球磨结束后，将所得酒精与粉末的混合物置于真空干燥箱中在35℃下进行干燥；
步骤2：将混合粉末在保护性气氛下进行气雾化处理，雾化温度1700℃，筛分出粒径30-70微米的合金粉末；
步骤3：指对基体表面采取喷砂粗化处理，使表面粗糙度为ra等于12，再用无水乙醇对基体材料进行清洁并干燥；
步骤4：采用等离子喷涂法将合金粉末喷涂到基体表面，得到涂层，等离子喷涂时送粉速率为50g/min，喷涂速度为30mm/min，喷涂距离为80mm。
实施例4
耐磨耐蚀性涂层制备：
步骤1：按cu8wt％、cr17wt％、zr7wt％、ni12wt％、y3.5wt％、b2.5wt％、al2.5wt％、余量为fe的比例称量各原料粉末共500kg，将其放入行星球磨机中，在惰性气体保护下进行机械合金化，球磨时将粉末用无水酒精密封并抽真空，之后充入氩气，反复吸-冲气3-4次，之后进行球磨，球磨转速为500r/min，球磨时间6.5h，球磨结束后，将所得酒精与粉末的混合物置于真空干燥箱中在50℃下进行干燥；
步骤2：将混合粉末在保护性气氛下进行气雾化处理，雾化温度1650℃，筛分出粒径30-70微米的合金粉末；
步骤3：指对基体表面采取喷砂粗化处理，使表面粗糙度为ra等于15，再用无水乙醇对基体材料进行清洁并干燥；
步骤4：采用等离子喷涂法将合金粉末喷涂到基体表面，得到涂层，等离子喷涂时送粉速率为35g/min，喷涂速度为20mm/min，喷涂距离为110mm。
实施例5
耐磨耐蚀性涂层制备：
步骤1：按cu10wt％、cr20wt％、zr8wt％、ni15wt％、y5wt％、b3wt％、al4wt％、余量为fe的比例称量各原料粉末400kg，将其放入行星球磨机中，在惰性气体保护下进行机械合金化，球磨时将粉末用无水酒精密封并抽真空，之后充入氩气，反复吸-冲气3-4次，之后进行球磨，球磨转速为480r/min，球磨时间6h，球磨结束后，将所得酒精与粉末的混合物置于真空干燥箱中在60℃下进行干燥；
步骤2：将混合粉末在保护性气氛下进行气雾化处理，雾化温度1550℃，筛分出粒径30-70微米的合金粉末；
步骤3：指对基体表面采取喷砂粗化处理，使表面粗糙度为ra等于13，再用无水乙醇对基体材料进行清洁并干燥；
步骤4：采用等离子喷涂法将合金粉末喷涂到基体表面，得到涂层，等离子喷涂时送粉速率为30g/min，喷涂速度为20mm/min，喷涂距离为80mm。
实施例6
检测实施例1-5得到的涂层材料，具体为：采用hv-100a型显微硬度计(载荷200g，保载时间10s)检测硬度；采用gp-ts2000hm电脑伺服控制涂层材料专用万能材料试验机检测涂层与基体的结合强度；采用mmw-1立式万能摩擦磨损试验机检测涂层摩擦系数，具体性能结果如表1所示。
表1涂层相关性能数据
对比例1
在实施例5的基础上，其它参数不变，仅仅改变原料粉末比例为：(1)cu3wt％、cr10wt％、zr2wt％、ni5wt％、y0.5wt％、b4wt％、al6wt％、余量为fe；(2)cu12wt％、cr23wt％、zr10wt％、ni17wt％、y7wt％、b8wt％、al7wt％、余量为fe；分别得到涂层，按照实施例6所述方法检测发现各自性能为(1)的涂层结合强度为34mpa，孔隙率0.82％，硬度533hv0.2，摩擦系数0.27，耐astmb117盐雾试验2870h；(2)涂层结合强度为39mpa，孔隙率0.41％，硬度625hv0.2，摩擦系数0.13，耐astmb117盐雾试验3710h。
对比例2
制备过程及参数与实施例1的相同，不同处在于按cu4wt％、cr30wt％、co10wt％、zr3wt％、ni17wt％、y1wt％、b3wt％、si1wt％、al1wt％、余量为fe的比例称量各原料粉末，得到涂层，检测发现涂层结合强度为31mpa，孔隙率0.91％，硬度537hv0.2，摩擦系数0.39，耐astmb117盐雾试验3250h。