[发明专利]一种低摩擦系数高耐蚀固溶体合金涂层及其制备方法

说明书

本发明提供一种低摩擦系数高耐蚀固溶体合金涂层及其制备方法。将Fe基非晶合金粉末采用激光熔覆技术在合金钢基体表面制备合金涂层。其中Fe基非晶粉末的成分为Cu：2.0～3.0％；Co：8.4～11％；Cr：28.0～32.0％；Ni：17.0～21.5％；Mo：3.3～4.5％；Si：1.0～1.6％；B：3.1～4.0％；其余为Fe。制备时激光功率3.0～3.6kW，扫描速度200mm/min～400mm/min，光斑尺寸10mm×1mm。熔覆时，采用Ar气保护，Ar气流量为3‑5L/min。本发明制备的涂层主要由固溶体组成，与基体之间为冶金结合，具有适中的硬度，低的摩擦系数，高的耐蚀性。

技术领域

本发明涉及一种低摩擦系数高耐蚀性固溶体合金涂层以及制备该涂层的方法，属于表面涂层和表面改性领域。

背景技术

在工农业生产中，很多装备与构件服役于摩擦、腐蚀的复杂工况环境，需要良好的摩擦相容性，即不能强度硬度太低，极易造成本身磨损，也不可以强度硬度太高，造成对磨件的损伤。在装备或构件表面制备减摩耐蚀涂层是提高材料表面摩擦相容性的重要途径。

Fe基非晶合金具有高的硬度、高的弹性模量及优良的耐蚀性能，且成本低廉，引起广泛关注。目前已开发出的Fe基非晶合金成分与Zr基、Pd基、Cu基非晶合金体系相比，其玻璃形成能力较差，难以作为大尺寸的结构件使用。将非晶合金与表面涂层制备技术相结合，制备非晶涂层可突破非晶合金尺寸上的限制，拓展非晶合金应用领域。目前，已有采用喷涂技术、电火花沉积技术和激光熔覆技术制备涂层的研究报道。然而，一般而言，喷涂非晶涂层的膜基结合力较差，电火花沉积非晶涂层的沉积层一般较薄，均难以适用于复杂工况条件。激光熔覆可制备与基体呈冶金结合的涂层，但由于激光熔覆的工艺特点，很难获得完全的单相非晶组织，一般获得的是非晶与金属间化合物组成的复相组织。由于第二相与非晶相的化学电位差，导致两者容易发生电偶腐蚀，降低非晶基复合涂层的耐蚀性。

固溶体与非晶态合金均具有化学近程有序性与长程无序性，都是Hume-Rothery相，他们之间存在内在关联性。非晶态合金可以看作是具有更高固溶度的单相固溶体合金。采用非晶合金成分材料制备固溶体合金涂层，即可保持非晶态合金高强度，高耐蚀性的特点，也可保持固溶体合金固有的特性，获得低摩擦系数，高耐蚀性的合金涂层，应用于冶金、石油、化工、能源、电力等工业中存在的，在腐蚀环境下承受摩擦磨损作用的机械运动副零部件表面改性与修复，有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低摩擦系数高耐蚀性的固溶体合金涂层，解决在腐蚀环境下承受摩擦磨损作用的机械运动副零部件的摩擦相容性问题。同时，本发明还提供一种低摩擦系数高耐蚀性的固溶体合金涂层的制备方法。

本发明的技术方案是：

一种低摩擦系数高耐蚀性固溶体合金涂层，以铁基非晶合金粉末为原料，采用激光熔覆技术制得，其中，以质量百分比计，所述铁基非晶合金粉末的成分为：Cu：2.0～3.0％；Co：8.4～11％；Cr:28.0～32.0％；Ni：17.0～21.5％；Mo：3.3～4.5％；Si：1.0～1.6％；B：3.1～4.0％；其余为Fe。铁基非晶合金粉末用气体雾化方法制备，为了保证粉末的固体流动性，保证后其激光熔敷层的成型质量，选择粒度范围在30-70μm粉末作为熔覆材料，制备的铁基非晶合金粉末为完全非晶态结构。

上述成分中，各个元素的主要作用是：

Cu可有限固溶到Fe中形成固溶体，提高熔覆层强度。Cu元素还可起到提高熔覆层抗大气腐蚀的性能；

Co可与γ-Fe形成无限互溶固溶体，同时还可提高熔覆层的热强性；

Cr可与α-Fe形成无限互溶固溶体，同时可提高Fe的电极电位，防止电化学腐蚀，是提高熔覆层耐蚀性的重要元素；

Ni可与γ-Fe形成无限互溶固溶体，同时可降低熔覆层脆性，降低熔覆层开裂倾向，减小摩擦系数；