[发明专利]金属表面超耐蚀涂层用的非晶态合金粉末及其应用方法

说明书

技术领域

本发明是关于金属表面涂覆层的，尤其涉及在低碳钢和低合金钢表面采用热喷涂技术制备超耐蚀非晶态合金涂层所用的非晶态合金粉末及其应用方法。

背景技术

对于金属材料来说，通常情况下在从液体凝固成固体时，原子总是从液体的混乱排列转变成整齐的排列，即成为晶体。但是，如果金属或合金的凝固速度非常快(例如每秒高达一百万度)，原子来不及整齐排列便被冻结住了，最终的原子排列方式类似于液体，是混乱的，这就是非晶合金。因为非晶合金原子的混乱排列情况类似于玻璃，所以又称为金属玻璃。晶态结构的金属具有晶界、相界、位错等弱化晶粒之间连接的因素，使其在腐蚀介质中容易产生破坏，耐腐蚀性能较差。非晶合金是短程有序，长程无序的。也就是说它只有在一定的大小(小于1.5±0.1nm)范围内，原子才形成一定的几何图形排列，用电子显微镜看不到任何由晶粒间界、晶体缺陷等形成的衍衬反差。因此非晶态金属的结构在宏观上是各向同性的，从20世纪中叶被发现之后，被证明具有高强度、高硬度和优异的耐腐蚀性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决常规低碳钢和低合金钢构件由于腐蚀破坏的原因所带来的惊人的经济损失问题，提供一种Fe基超耐蚀非晶合金粉末及其应用于金属表面、制备金属构件超耐蚀合金涂层的方法。本发明的方法是在已有的超音速火焰喷涂技术(HVOF)或者大气等离子喷涂技术(APS)的基础上，进行大量的工艺优化实验所得到的最佳制备工艺过程，并非唯一的方法。采用本发明指定的HVOF或者APS工艺参数在耐腐蚀性能差的低碳钢和低合金钢的表面制备一层超耐蚀非晶态合金涂层，以提高其硬度和耐腐蚀性能，降低各种金属构件的腐蚀破坏速度，延长其使用寿命。

本发明是根据非晶态合金形成热力学、动力学和结构学原理，研究配制出超耐蚀合金涂层用的非晶合金粉末，是以Fe元素为基的非晶态合金粉末，原料组分及其重量百分比含量为：Mo 1～3％、Cr 5～7％、Ni 1～3％、P 9～11％、Si 2～4％、B 8～10％，其余为Fe。

所述的非晶合金粉末通过氮气雾化工艺制造，进一步筛分成颗粒度为15～45微米，微观形貌为圆球或椭球状。

采用超耐蚀非晶态合金粉末涂覆金属表面、制备金属构件超耐蚀合金涂层的方法，具有如下步骤：

(1)在金属构件表面除油除锈；

(2)在清洁的金属构件表面上进行喷砂粗化处理，选用粒度为1000-2000微米的带有棱角的金刚石沙粒，直径为φ8的喷砂管，在压强为0.8MPa的条件下进行喷砂粗化；

(3)在步骤(2)进行过喷砂粗化处理的金属构件表面采用大气等离子喷涂技术或者超音速氧燃料火焰喷涂技术制备一层超耐蚀非晶态合金粉末；

在喷涂过程中始终采用压缩空气对喷涂表面进行连续冷却，并在喷涂操作结束后，保持冷却直至室温。

所述步骤(3)喷涂的超耐蚀非晶态合金涂层的厚度为250-350微米。

所述步骤(3)采用大气等离子喷涂技术的喷涂参数为：喷涂电流550A，喷涂电压60V，主气Ar压强0.55MPa，主气Ar流量40L/min，喷涂距离100mm，送粉气Ar压强0.3MPa，送粉气Ar流量7L/min，喷枪移动速度100mm/s，喷涂遍数6遍。

所述步骤(3)采用的超音速氧燃料火焰喷涂技术喷涂参数为：氧气流量166.7L/min，燃气丙烷流量20.0L/min，喷涂距离350mm，送粉气氮气压强0.6MPa，送粉气氮气流量10L/min，喷枪移动速度100mm/s，喷涂遍数4遍。

所述步骤(3)对喷涂表面进行连续冷却的过程采用内径为φ8，压强为0.8MPa的压缩空气对金属构件表面进行连续冷却。

本发明的有益效果是，采用Fe基超耐蚀非晶态合金粉末，在耐腐蚀性能差的低碳钢和低合金钢构件的表面，采用热喷涂技术制备一层超耐蚀非晶态合金涂层，提高了低碳钢和低合金钢构件的表面的硬度和耐腐蚀性能，极大地降低了各种金属构件的腐蚀破坏速度，延长了其使用寿命。

具体实施方式

本发明的超耐蚀非晶合金粉末，所用原料均采用市售的化工原料。基体材料采用Q235低碳钢板，具体实施例如下：

实施例1

以Fe元素为基的非晶态合金粉末，原料组分及其重量百分比含量为：Mo 3％、Cr 7％、Ni3％、P 10％、Si 2％、B 9％，其余为Fe。

该超耐蚀非晶态合金粉末通过氮气雾化工艺制造，进一步筛分成粒度分布为15-45微米的适用于热喷涂技术的圆球或椭球状合金粉末。