[发明专利]一种新型韧性颗粒强化的铁基非晶基复合涂层

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁基非晶基复合涂层以及制备该复合涂层的方法，属于复合涂层领域。

背景技术

超音速火焰喷涂（HVOF）是上世纪80年代出现的一种喷涂技术，主要利用燃烧室末端的拉瓦尔曲线设计，使得燃烧室压力增加，通过该处的火焰流火的数倍于音速的速度，火焰温度达到2500℃。超音速火焰喷涂制备的涂层孔隙率低、硬度高，涂层厚度可达数mm，因此在许多工业部门获得广泛应用。超音速喷涂所用的粉末材料大多采用气体雾化法获得，气体雾化法是主要利用高速气流和高速度冲击液态金属流，使其雾化成小液滴，随后凝固成粉末。所得粉末尺寸比较集中，粉末获得率高，球形化程度好，目前热喷涂用的非晶合金粉末大多采用气体雾化法制得。

非晶合金涂层，尤其是成本相对低廉的铁基非晶合金涂层，具有非常好的物理和化学性能，如超高的硬度和极佳的耐磨抗腐性能，因此在表面工程领域有广阔的应用前景。然而单一的铁基非晶合金涂层与金属基体表现出相对较低的结合强度以及其本征脆性，这不仅影响了其服役性能与使用寿命，更极大地限制了其工业应用。因此开发韧性的高结合强度的非晶合金基涂层就显得意义重大。目前关于不锈钢颗粒增强型铁基非晶基复合涂层及其力学性能的研究在国际上尚未见到公开报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种韧性的，与金属基体具有良好结合强度的铁基非晶基复合涂层，以解决目前单相铁基非晶合金涂层结合强度低，延展性差的缺点。同时，本发明还提供了一种新型高结合强度铁基非晶基复合涂层的制备方法。

本发明的技术方案是：

一种新型韧性颗粒强化的铁基非晶基复合涂层，以铁基非晶合金粉末为初始粉末，加入韧性金属粉末，经过低能球磨制成复合粉末，以其为原料采用超音速火焰喷涂技术制备铁基非晶基复合涂层，其中，所述韧性金属粉末采用：不锈钢粉末、镍基金属粉末、钴基金属粉末，铝基金属粉末，铜基金属粉末中的一种或多种混合粉；所述铁基非晶合金粉末由下述元素和不可避免的杂质组成（原子百分比）：

Cr10.0～17.0；

Mo12.0～20.0；

C10.0～18.0；

B4.0～8.0；

Y0.0-5.0；

Fe余量。

优选的，所述不锈钢粉材料为316，316L或304；所述镍基金属粉末材料为NiCrAl，NiAl，NiCr，NiP或纯Ni；所述钴基金属粉末材料为CoNi，CoAl或纯Co；所述铝基金属粉末材料为AlNi；所述铜基金属粉末材料为CuNi，CuCo或纯Cu。

优选的，所述铁基非晶合金粉末用超声气体雾化技术制备，其粒径范围为20-55μm，粉末为完全非晶态。

优选的，所述韧性金属粉末的粒径范围为20-55μm，粉末为晶态。

优选的，所述韧性金属粉末的质量分数在0-30%。

优选的，所述复合涂层的孔隙率低于1%。

优选的，所述复合涂层与金属基材的结合强度大于40MPa。

优选的，所述复合涂层的弯曲断裂应变达到0.73%以上。

优选的，所述复合涂层采用超音速火焰喷涂技术制备，所用的喷涂工艺参数为：煤油流量20-26l/h，氧气流量30-36m³/h，喷涂距离200-350mm，送粉速率20-40g/min。

本发明的有益效果如下：

1）本发明选用了一种的具有高硬度的铁基非晶成分，非金属元素C，B，Si使得其具有良好的玻璃形成能力及高硬度，该合金成本低廉，易于工业化生产；另外，制备的非晶粉末具有非常好的流动性，很适合利用喷涂工艺制备涂层。

2）本发明选用韧性金属粉末作为韧性增强相，不锈钢粉末（316，316L，304等）、镍基金属粉末（NiCrAl，NiAl，NiCr，NiP，纯Ni等）、钴基金属粉末（CoNi，CoAl，纯Co等），铝基金属粉末（AlNi等），铜基金属粉末（CuNi，CuCo，纯Cu等）中的一种或多种混合粉，熔点相对喷涂火焰温度较低，在高应变率下具有很好的塑性变形能力，能够充分变形形成致密的涂层结构。由于喷涂火焰温度高于粉末颗粒熔点，这些韧性金属粉末在喷涂过程中能与非晶合金粉末发生冶金结合，增强涂层聚合力，且在涂层在经受冲击发生变形时，能阻止裂纹扩展，自身发生塑形变形吸收部分冲击功，提高整体涂层的变形能力和抗冲击能力。