一種制備非晶涂層的工藝技術(shù)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種通過等離子噴涂工藝在金屬表面獲得鐵基非晶涂層的技術(shù)方法。該發(fā)明專利技術(shù)首先通過感應(yīng)熔煉高壓氣體霧化法在氬氣保護(hù)下制備粒徑在15～60μm且流動性較好的Fe基非晶粉末，隨后設(shè)定關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)并采用三電極軸向等離子噴涂法在金屬表面獲得厚度約為600～900μm鐵基非晶涂層。該發(fā)明專利技術(shù)通過優(yōu)化粉料輸送方式、提高噴涂速度，穩(wěn)定等離子焰流，從而避免了噴涂過程中粉粒融化與收縮不同步所導(dǎo)致的涂層均勻性差、沉積效率低等弊端，有利于獲得孔隙率低、組織均勻的鐵基非晶涂層。本發(fā)明專利技術(shù)技術(shù)在大規(guī)模生產(chǎn)中更具競爭力。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及金屬表面技術(shù)，特指通過三電極軸向等離子噴涂技術(shù)在金屬基材表面獲得Fe基非晶涂層的工藝技術(shù)方法。
技術(shù)介紹
在實(shí)際工程應(yīng)用中，金屬零件往往面臨磨損、斷裂、腐蝕及其協(xié)同作用的考驗(yàn)，這不僅會造成大量的經(jīng)濟(jì)損失，而且會帶來諸多安全隱患。解決此問題較為經(jīng)濟(jì)有效的方法是在金屬基體表面制備防腐耐磨涂層。目前已研究報(bào)導(dǎo)的防腐耐磨涂層包括金屬陶瓷涂層、金屬化合物涂層、金屬涂層、非晶涂層等。其中Fe基非晶合金材料成本相對低廉，具有較高的韌性、強(qiáng)度以及優(yōu)異的耐磨、耐蝕性能，且具有一定導(dǎo)電性，因此Fe基非晶材料作為涂層應(yīng)用已成為一個很具有前景的研究方向。目前Fe基非晶涂層的制備方法主要集中在超音速火焰噴涂、等離子噴涂和電弧噴涂等技術(shù)方法，其中等離子噴涂工藝具有更高的焰流速度以及焰流溫度，且噴涂粒子在堆疊形成涂層過程中具有極高的冷卻速度，能夠抑制晶體相的析出，從而更有利于非晶態(tài)涂層的形成，因此等離子噴涂技術(shù)在非晶涂層的制備方法中更具競爭力。然而在實(shí)際實(shí)施過程中，普通等離子噴槍通常采用徑向送粉方式，易導(dǎo)致同一噴涂截面粉粒的溫度與速度分布不均勻，從而造成涂層均勻性較差，孔隙率較高等缺陷，不能充分發(fā)揮Fe基非晶涂層實(shí)用優(yōu)勢。本專利技術(shù)針對普通等離子噴涂過程中由于徑向送粉而導(dǎo)致粉粒融化與收縮不同步等弊端，提出一種通過改良等離子噴涂送粉方式，即采用三電極軸向等離子噴槍(包括陰、陽極腔，噴嘴，送粉管以及集束器)進(jìn)行Fe基非晶涂層噴涂，與普通等離子噴槍相比，該噴槍結(jié)構(gòu)獨(dú)特并采用軸向送粉，具有沉積效率高、粉末熔化充分、保護(hù)涂層不被氧化等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效降低涂層的孔隙率，并提高涂層的均勻性。本專利技術(shù)具體通過以下2個步驟實(shí)現(xiàn)：1.通過感應(yīng)熔煉高壓氣體霧化法制備獲得Fe基非晶粉末；2.通過高速軸向等離子噴涂技術(shù)將粉末沉積于金屬基材表面，并進(jìn)行表征測試。步驟1中所述Fe基非晶粉末成份具體為：Cr18～19wt.％；Mo13～14wt.％；W5.5～6.5wt.％；B3.0～3.5wt.％；Mn1.5～2.5wt.％；Si1.0～1.5wt.％；C1.0～1.5wt.％；其余為Fe。步驟1中所述感應(yīng)熔煉高壓氣體霧化法制備獲得Fe基非晶粉末具體為：將Fe:99.9％(純度)，Cr:99.9％，Mo:98.5％，Mn:99.7％，W:99.9％，F(xiàn)eB:99％(其中B20.06wt.％)，C:99.9％，Si:99.9％按比例球磨混合后，在氬氣保護(hù)下熔煉獲得Fe基非晶合金，然后在1720K溫度下，采用高壓氬氣流(7MPa)將獲得的合金破碎成粉并進(jìn)行篩選，獲得粒徑為15～60μm的粉末作為噴涂材料。步驟2中所述金屬基材包括但不局限于碳鋼、不銹鋼、鈦合金等。沉積前表面先經(jīng)打磨處理，隨后采用棕剛玉噴砂處理3～7min至其表面完全失去金屬光澤。步驟2中所述噴涂過程具體為：設(shè)備選用三電極軸向等離子噴槍，噴槍包括陰、陽極腔，噴嘴，送粉管以及集束器，設(shè)定噴涂工藝參數(shù)，其中基材與噴嘴間距離為120～190mm，送粉速率為70～90g/min，噴涂電流為210～250A，Ar氣流速為70～80L/min、N2流速為10～15L/min，H2流速為15～20L/min，冷卻水壓力為1.2MPa。步驟2中所述非晶涂層其主要相成份為FeC，CrB2，M23C6。所獲得的非晶涂層其在3.5％NaCl溶液測試其腐蝕電位大約為(-0.3VSCE),腐蝕電流密度低于10-4A/cm2；在50N載荷下測試涂層顯微硬度為1000-1100Hv。。以下將結(jié)合具體實(shí)施方案進(jìn)一步說明；首先將Fe:99.9％，Cr:99.9％，Mo:98.5％，Mn:99.7％，W:99.9％，F(xiàn)eB:99％(其中B20.06wt.％)，C:99.9％，Si:99.9％按一定質(zhì)量比球磨混粉，其具體比例為：Cr18～19wt.％；Mo13～14wt.％；W5.5～6.5wt.％；B3.0～3.5wt.％；Mn1.5～2.5wt.％；Si1.0～1.5wt.％；C1.0～1.5wt.％；其余為Fe。將此粉末在氬氣保護(hù)下熔煉獲得Fe基非晶合金。隨后在1720K高溫下，采用高壓氬氣流(7MPa)將此合金破碎成粉，并篩選保留粒徑為15～60μm粉末作噴涂材料使用。將金屬基材(本實(shí)驗(yàn)以45鋼為例)分別經(jīng)180#、400#砂紙(SiC)水磨并用丙酮除油，隨后作噴砂處理(棕剛玉)致其表面完全失去金屬光澤。實(shí)施例一：選用三電極軸向等離子噴槍(包括陰、陽極腔，噴嘴，送粉管以及集束器)送粉，調(diào)節(jié)等離子噴涂工藝參數(shù)，其中噴涂距離為120mm，送粉速率為70g/min，噴涂電流為210A，Ar、N2與H2氣體流速分別為：70L/min、10L/min和15L/min。本實(shí)例所獲得的Fe基非晶涂層厚度約為620μm，在3.5％NaCl溶液中對其進(jìn)行動電位極化掃描，發(fā)現(xiàn)該涂層相對于基體，自腐蝕電位提高約150mV，自腐蝕電流下降約1個數(shù)量級；采用顯微硬度計(jì)測試該涂層硬度(其中載荷為50N，持續(xù)時間為20s，每個樣品取15～20個區(qū)間并取平均值)，發(fā)現(xiàn)該涂層相對于基體顯微硬度提高了近200Hv。實(shí)施例二：同實(shí)施例一，選用三電極軸向等離子噴槍(包括陰、陽極腔，噴嘴，送粉管以及集束器)送粉，調(diào)節(jié)等離子噴涂工藝參數(shù)，其中噴涂距離為150mm，送粉速率為70g/min，噴涂電流為220A，Ar、N2與H2氣體流速分別為：75L/min、15L/min和15L/min。本實(shí)例所獲得的Fe基非晶涂層厚度約為710μm，在3.5％NaCl溶液中對其進(jìn)行動電位極化掃描，發(fā)現(xiàn)該涂層相對于基體，自腐蝕電位提高約163mV，自腐蝕電流下降約1個數(shù)量級；采用顯微硬度計(jì)測試該涂層硬度(其中載荷為50N，持續(xù)時間為20s，每個樣品取15～20個區(qū)間并取平均值)，發(fā)現(xiàn)該涂層相對于基體顯微硬度提高了近210Hv。實(shí)施例三：同實(shí)施例一，選用三電極軸向等離子噴槍(包括陰、陽極腔，噴嘴，送粉管以及集束器)送粉，調(diào)節(jié)等離子噴涂工藝參數(shù)，其中噴涂距離為170mm，送粉速率為85g/min，噴涂電流為220A，Ar、N2與H2氣體流速分別為：75L/min、15L/min和15L/min。本實(shí)例所獲得的Fe基非晶涂層厚度約為810μm，在3.5％NaCl溶液中對其進(jìn)行動電位極化掃描，發(fā)現(xiàn)該涂層相對于基體，自腐蝕電位提高約176mV，自腐蝕電流下降約1個數(shù)量級；采用顯微硬度計(jì)測試該涂層硬度(其中載荷為50N，持續(xù)時間為20s，每個樣品取15～20個區(qū)間并取平均值)，發(fā)現(xiàn)該涂層相對于基體顯微硬度提高了近208Hv。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種制備非晶涂層的工藝技術(shù)方法，具體實(shí)施包括以下2個步驟：1.采用感應(yīng)熔煉高壓氣體霧化法制備獲得Fe基非晶粉末；2.設(shè)定相關(guān)參數(shù)并通過高速軸向等離子噴涂技術(shù)在工件表面獲得非晶涂層，并進(jìn)行表征測試。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種制備非晶涂層的工藝技術(shù)方法，具體實(shí)施包括以下2個步驟：1.采用感應(yīng)熔煉高壓氣體霧化法制備獲得Fe基非晶粉末；2.設(shè)定相關(guān)參數(shù)并通過高速軸向等離子噴涂技術(shù)在工件表面獲得非晶涂層，并進(jìn)行表征測試。2.根據(jù)權(quán)利要求書1中所述的一種制備非晶涂層的工藝技術(shù)方法，其特征在于：步驟1中所述Fe基非晶粉末，其成份為：Cr：18～19wt.％；Mo：13～14wt.％；W：5.5～6.5wt.％；B：3.0～3.5wt.％；Mn：1.5～2.5wt.％；Si：1.0～1.5wt.％；C：1.0～1.5wt.％；其余為Fe。3.根據(jù)權(quán)利要求書1中所述的一種制備非晶涂層的工藝技術(shù)方法，其特征在于：步驟1中所述感應(yīng)熔煉高壓氣體霧化法制備獲得Fe基非晶粉末具體步驟為：將Fe:99.9％，Cr:99.9％，Mo:98.5％，Mn:99.7％，W:99.9％，F(xiàn)eB:99％(其中B19.06wt.％)，C:99.9％，Si:99.9％，按比例球磨混合后并在氬氣保護(hù)下熔煉獲得Fe基非晶合金，然后在1720K溫度下，采用高壓氬氣流(7MPa)將獲得的合金破碎成粉并進(jìn)行篩選，獲得粒徑為15～60μm的粉末作...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：潘太軍，沈杰，劉衛(wèi)，
申請(專利權(quán))人：常州大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32