[发明专利]一种在铝合金基体上制备含Fe-Si-B系非晶相涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于非晶涂层技术领域，特别是提供了一种在铝合金基体上制备含Fe-Si-B系非晶相涂层的方法，利用电热爆炸超高速喷涂技术在铝合金基体上制备含Fe-Si-B系非晶相涂层。

技术背景

非晶态材料，俗称金属玻璃，是一种新型的金属合金材料，具有短程有序、长程无序的特点。非晶态材料具有高的强度、硬度、韧性、耐磨性、耐蚀性，并具有优良的软磁性、超导性、低磁损耗等特点，在机械、电子、化工等行业得到应用。当前影响非晶合金广泛应用的主要原因是由于工艺的限制而难以制备出大块非晶合金，非晶合金的产品主要为薄带、细丝、粉末等。

在非晶材料体系中，Fe-Si-B系非晶合金由于具有高强度、高硬度、良好耐腐蚀性能和软磁性能而在结构材料和功能材料的应用领域得到更广泛的关注。但制备Fe-Si-B系非晶合金需要高于10⁵K/s的冷却速率，得到的样品一般为小于50μm的薄带，这就大大限制了铁基非晶合金的广泛应用。

为了拓展非晶合金的应用领域，已有人利用电弧喷涂等热喷涂技术制备含非晶相涂层，如专利号为200610089515.9的发明专利涉及一种利用电弧喷涂法制备含CrB非晶涂层的粉芯丝材，利用该丝材，可在铁基材料上(如锅炉四管)制备耐磨涂层。但电弧喷涂法制备涂层的局限性为：(1)涂层与基体主要为机械结合，其结合强度为20-70MPa，涂层在热应力或冲击载荷作用下易剥落。(2)涂层为层状烧结结构，存在1-8％的空隙率，这使得涂层的耐磨、耐蚀性下降。(3)喷涂颗粒在基体上沉积冷却时达不到10⁵K/s及以上的冷却速率，因而难以制备含Fe-Si-B系非晶相涂层。

铝合金的密度约为2.7g/cm²，具有比强度高、耐蚀等优良特性，在国防及民用领域中得到了广泛应用。但铝合金具有熔点较低、耐磨性差、强度偏低等缺点。如能在铝合金表面制备非晶涂层，就可显著提高铝合金的表面耐磨性、抵抗冲击载荷的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在铝合金基体上制备含Fe-Si-B系非晶相涂层的方法，解决了现有热喷涂技术不易在铝合金基体上制备非晶合金涂层的技术难点，具有成本低、易操作、涂层与基体达到冶金结合、涂层厚度大的优点。

本发明采用冲击大电流直接加热具有非晶成分的爆炸片，利用电热及电爆炸产生的瞬态超高温将具有非晶成分的爆炸片加热到熔点及以上的温度，使合金熔体以3000-5000m/s的超高速从喷枪出口喷射至基体表面，通过铝合金基体的自激冷作用，形成具有冶金结合的以Fe-Si-B非晶为主相的涂层。具体工艺步骤为：

1、喷涂用粉芯爆炸片成分

粉芯爆炸片内所含复合粉末材料由Si、B、Ni等粉末组成，所选用的复合粉末中：硼粉(纯度≥99％，粒度300-400目)：7.5-24wt.％，镍粉(纯度≥99％，粒度200-300目)：0-1wt.％，硅粉(纯度≥99％，粒度200-300目)：余量。

粉末中添加少量镍粉的目的是改善爆炸片的导电性。

2、复合粉末混料工艺

按1中所述的各种粉末材料比例配制所需复合粉末，然后将复合粉末在普通空气干燥箱中干燥，干燥温度为80-100℃，干燥时间为3-5小时；将干燥后的复合粉末放入行星式球磨机中进行混料，混料时间为4-6小时。

3、粉芯爆炸片的包裹工艺

完成步骤2后，利用铁箔包裹上述复合粉末形成粉芯爆炸片，所用铁箔纯度≥99％、厚度在60-120μm范围、宽度在15-25mm范围、长度在80-120mm范围。复合粉末在粉芯爆炸片中所占的重量百分比为11-14wt.％。粉芯爆炸片的包料工艺可选择手工包料方法。施工时，先将铁箔卷成圆筒状，圆筒直径为4-6mm，再将所需比例的粉末灌入圆筒中，将圆筒两端压扁封闭后，将5-20个圆筒放入液压机模具的矩形截面槽中(模具上有5-20个矩形截面槽)，利用液压机压头将圆筒压成矩形截面的粉芯爆炸片，液压机压头压力为30-40kN，压头加载时间为3-8秒。

4、喷涂工艺