一种非晶合金的制备方法与流程

1.本发明涉及非晶合金技术领域，具体为一种非晶合金的制备方法。


背景技术：

2.非晶合金是由超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，组成它物质的分子(或原子、离子)不呈空间有规则周期性，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，铁基非晶合金具有高饱和磁感应强度/磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片的特点，非晶合金同时具有玻璃和金属的特征而具备优越的物理和力学性能，铁基非晶是目前应用最广泛的一类非晶合金，相比于其他非晶合金，具有优异的耐磨性、耐蚀性、韧性及理想的软磁性，原材料丰富且制备工艺成熟。
3.现有技术中，如中国专利号为：cn110257753a的“一种在超音速火焰喷涂技术中优化铁基非晶涂层性能的方法”，该方法是在利用超音速火焰喷涂制备铁基非晶涂层的过程中，使粉末颗粒撞击基板前的温度处于铁基非晶的固相线和液相线温度之间，使非晶粉末颗粒处于半熔化状态，颗粒在基板上具有良好的流动性，制备涂层的孔隙率最低、致密性最高。保证颗粒温度在ts和tl之间的基础上，粉末颗粒撞击基板前的速度越大，所制备的非晶涂层孔隙率越低。由此选择最优枪管长度210mm-240mm，枪管口径12mm-14mm。
4.目前，镁合金铁基非晶合金涂层的制备方法主要是喷涂，喷涂能够使涂层和基体达成机械连接，但结合强度有限，也不适合铁基非晶合金等与镁结合性差的材料；同时铁和镁之间不产生金属间化合物，直接通过喷涂方式制备的涂层与镁合金基板间的结合界面存在大量缺陷，涂层容易脱落；与传统材料相比，非晶合金材料在硬度、韧性、耐腐蚀、耐磨和使用寿命方面均有显著改善，但是材料成分体系设计不尽合理，制备工艺尚未完善，制备过程存在非晶合金涂层部分氧化，非晶合金涂层部分晶化，非晶合金涂层孔隙率高等问题，严重影响了非晶合金涂层综合力学性能和耐腐蚀性能。
5.所以我们提出了一种非晶合金的制备方法，以便于解决上述中提出的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种非晶合金的制备方法，以解决上述背景技术提出的现有的镁合金铁基非晶合金涂层的制备方法主要是喷涂，喷涂能够使涂层和基体达成机械连接，但结合强度有限，也不适合铁基非晶合金等与镁结合性差的材料；同时铁和镁之间不产生金属间化合物，直接通过喷涂方式制备的涂层与镁合金基板间的结合界面存在大量缺陷，涂层容易脱落；与传统材料相比，非晶合金材料在硬度、韧性、耐腐蚀、耐磨和使用寿命方面均有显著改善，但是材料成分体系设计不尽合理，制备工艺尚未完善，制备过程存在非晶合金涂层部分氧化，非晶合金涂层部分晶化，非晶合金涂层孔隙率高等问题，严重影响了非晶合金涂层综合力学性能和耐腐蚀性能的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种非晶合金的制备方法，包括以下步骤：
8.s1、对制备非晶合金涂层所用的原料进行配比，并利用真空熔炼炉反复熔炼四次以上得到铁基合金铸锭，保证铁基非晶合金铸锭成分均匀；
9.s2、将步骤s1获得的铁基非晶合金铸锭利用真空气雾化法制备获得铁基非晶合金粉末；
10.s3、对镁合金基板材料表面进行洁净化清理、氧化物去除和预热处理；
11.s4、将ni60中间层材料粉末制备到经过步骤s3处理后的镁合金基板表面，从而形成ni60中间层，且其维氏硬度为600～720；
12.s5、在经过步骤s4处理的镁合金基板表面利用超音速火焰喷涂技术，利用煤油燃料与高压氧气在燃烧室内充分燃烧，将铁基非晶合金粉末加速喷射到步骤s4处理后的镁合金基板表面形成铁基非晶合金涂层；
13.s6、等铁基非晶合金涂层制备结束后，将铁基非晶合金涂层和镁合金基板在空气中自然冷却到室温，即完成该镁合金表面铁基非晶涂层的制备。
14.优选的，所述铁基非晶合金涂层包含的成分为fe、cr、mo、co、c、b和y。
15.优选的，所述铁基非晶合金涂层中各个成分的原子百分数分别为：fe：45％、cr：17％、mo：12％、co：6％、c：10％、b：6％、y：4％。
16.优选的，所述步骤s2中，包括以下步骤：
17.s20、将铁基合金铸锭各个成分fe、cr、mo、co、c、b和y合金按比例配制后置于真空感应炉中熔化、精炼得到金属液体；
18.s21、然后将熔融的金属液体倒入保温坩埚中并进入雾化炉中；
19.s22、经高压气体流雾化并在雾化塔中凝固、沉降，落入收粉罐中得到铁基非晶合金粉末。
20.优选的，所述步骤s22中，所述铁基非晶粉末的粒径为50-100μm,铁基非晶粉末的流动性为20s/50g。
21.优选的，所述步骤s3中，所述镁合金基板采用we43镁合金，所述镁合金基板表面清洗采用金属洗净剂、热碱液或有机溶剂，且所述镁合金基板表面氧化物的去除采用车削或打磨。
22.优选的，所述步骤s3中，使用超音速火焰喷枪以较快的速度扫过镁合金基板表面进行预热，使镁合金基板温度达到200-230℃，减少基板受热产生的内应力。
23.优选的，所述步骤s4中，所述ni60中间层的制备工艺参数为：o2流量52m3·
h-1
，煤油流量24l
·
h-1
，喷涂距离320mm，送粉速率为60g/min。
24.优选的，所述步骤s5中，所述超音速火焰喷涂技术的工艺参数为：煤油流量15-24l
·
h-1
，氧气流量30-55l
·
h-1
，送粉速度为15-25g/min，送粉压力4.5mpa，喷涂距离360mm，涂层厚度320μm。
25.优选的，所述超音速火焰喷涂过程中需要对镁合金基板背面进行风冷，防止镁合金基板温度过高导致铁基非晶涂层产生晶化。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
27.本发明所制备的镁合金表面铁基非晶合金，通过超音速火焰喷涂在we43镁合金表面制备了铁基非晶涂层，we43镁合金相比于一般镁合金具有较好的耐蚀性，且耐磨粒磨损性能较好，其表面处理可以保持镁合金低密度的优点，不受合金体系限制，同时具有经济优
24l
·
h-1
，氧气流量30-55m3·
h-1
，送粉速度为15-25g/min，送粉压力4.5mpa，喷涂距离360mm，涂层厚度320μm，超音速火焰喷涂过程中需要对镁合金基板背面进行风冷，防止镁合金基板温度过高导致铁基非晶涂层产生晶化。
42.步骤六、等铁基非晶合金涂层制备结束后，将铁基非晶合金涂层和镁合金基板在空气中自然冷却到室温，即完成该镁合金表面铁基非晶涂层的制备。
43.实施例2
44.本实施例所提供的一种非晶合金的制备方法大致和实施例1相同，其主要区别在于：
45.在步骤四中，未将ni60中间层材料粉末制备到镁合金基板表面，没有形成ni60中间层。
46.在步骤五中，超音速火焰喷涂技术的工艺参数为：煤油流量15l
·
h-1
，氧气流量30m3·
h-1
，送粉速度为15g/min，送粉压力4.5mpa，喷涂距离360mm，涂层厚度320μm。
47.在步骤五中，超音速火焰喷涂过程中没有对镁合金基板背面进行风冷。
48.在步骤三中，使用超音速火焰喷枪以较快的速度扫过镁合金基板表面进行预热，使镁合金基板温度达到200℃，减少基板受热产生的内应力。
49.实施例3
50.本实施例所提供的一种非晶合金的制备方法大致和实施例1相同，其主要区别在于：
51.在步骤五中，超音速火焰喷涂技术的工艺参数为：煤油流量20l
·
h-1
，氧气流量35m3·
h-1
，送粉速度为20g/min，送粉压力4.5mpa，喷涂距离360mm，涂层厚度320μm。
52.在步骤五中，超音速火焰喷涂过程中需要对镁合金基板背面进行风冷。
53.在步骤三中，使用超音速火焰喷枪以较快的速度扫过镁合金基板表面进行预热，使镁合金基板温度达到230℃，减少基板受热产生的内应力。
54.对比例1
55.本实施例所提供的一种非晶合金的制备方法大致和实施例1相同，其主要区别在：在步骤四中，未将ni60中间层材料粉末制备到镁合金基板表面，没有形成ni60中间层。
56.对比例2
57.本实施例所提供的一种非晶合金的制备方法大致和实施例1相同，其主要区别在：在步骤五中，超音速火焰喷涂技术的工艺参数为：煤油流量15l
·
h-1
，氧气流量35m3·
h-1
，送粉速度为15g/min，送粉压力4.5mpa，喷涂距离360mm，涂层厚度320μm。
58.对比例3
59.本实施例所提供的一种非晶合金的制备方法大致和实施例1相同，其主要区别在：在步骤三中，使用超音速火焰喷枪以较快的速度扫过镁合金基板表面进行预热，使镁合金基板温度达到230℃，减少基板受热产生的内应力。
60.检验分析
61.取实施例1～3和对比例1～3所制备镁合金表面铁基非晶合金，并对所制备出的镁合金表面铁基非晶合金的相关性能进行检验，其检验方法如下：
62.按照检测标准gb/t 11718-2009分别对上述各镁合金表面铁基非晶合金的结合强度进行检验，按照检测标准gb/t 230.1—2009分别对上述各镁合金表面铁基非晶合金的最
高强度进行检验，按照检测标准gb/t l7721—1999分别对上各镁合金表面铁基非晶合金的最低孔隙率进行检验，将所得测试结果记录于表1；
63.表1镁合金表面铁基非晶合金检验表
[0064][0065][0066]
通过分析上述表中的相关数据可知，通过本发明所制备的镁合金表面铁基非晶合金，具有较高的洛氏硬度，同时we43镁合金作为典型的稀土强化合金，相比于一般镁合金具有较好的耐蚀性，且耐磨粒磨损性能较好，其表面处理可以保持镁合金低密度的优点，不受合金体系限制，同时具有经济优势；通过超音速火焰喷涂的方法在镁合金基板表面制备铁基非晶涂层，涂层结合强度主要取决于喷涂颗粒获得的能量，其次是中间层的材料，铁基非晶涂层与ni基中间层间发生冶金结合可以进一步增强结合强度，通过添加ni中间层后能够有效制备涂层，无明显缺陷，同时超音速火焰喷涂中粉末速度快，孔隙率最低为1.65％，非晶含量最高可达96.2％，最高硬度可达951，最适合为镁合金制备铁基非晶涂层，利用超音速火焰喷涂后涂层无裂纹、涂层无剥落、涂层成形良好；通过优化氧气和煤油流量能够有效地提高涂层结合强度，氧气流量为52m3·
h-1
、煤油流量为23l
·
h-1
，结合强度最高可达54mpa。
[0067]
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。