一種熱噴涂鎳基自熔合金非晶涂層的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種熱噴涂鎳基自熔合金非晶涂層。
【背景技術】
[0002]非晶合金因其具有獨特而優異的性能而得到廣泛的研宄。但是制備非晶合金需要較高的冷卻速度，因此其尺寸有限，使非晶合金作為結構材料的應用受到了限制，而將非晶合金作為涂層的應用是一個具有前景的研宄方向。熱噴涂技術是一類應用廣泛的表面涂層制備技術，涂層的冷卻速度高，制備效率高，是制備非晶涂層的有效手段。近年來，不斷有鐵基和鉬基的非晶態熱噴涂涂層被開發出來，所制備的涂層具有優異的耐磨和耐蝕性能。相比而言，鎳基合金具有比鐵基和鉬基合金更好的耐蝕性能和力學性能。但是，為了增加非晶形成能力，現有的鎳基非晶合金通常添加有大量的Zr、Nb等元素，成本較高，而且這類元素在熱噴涂過程中極易氧化，從而降低其耐蝕性能，使其應用前景受到限制。
[0003]自熔合金是指以镲、鈷、鐵等為基，加入B和Si元素，形成的一種低熔點合金，其中以鎳基最具有代表性。這類合金成本較低，并具有良好的耐蝕性，對大氣、海水、蒸汽、鹽、酸等都具有較好的抗腐蝕能力，同時合金還具有優異的耐磨性能。由自熔合金制備的熱噴涂涂層廣泛應用于模具、汽車、采礦等場合。不斷提高自熔合金涂層的耐蝕、耐磨性，一直是科技工作者的研宄熱點。有報道顯示，在自熔合金中加入硬質相如WC等可以有效地提高涂層的耐磨性能，但WC的加入會降低涂層的耐腐蝕性能。因此，如何同時提高涂層的耐蝕和耐磨性能是研宄工作者的一個研宄重點。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于提供一種熱噴涂鎳基自熔合金非晶涂層，是針對自熔合金中耐蝕性和耐磨性同時提高較困難，及非晶涂層成本高等問題，提出將低成本的鎳基自熔合金作為噴涂粉，采用熱噴涂的方法，制備出非晶態的鎳基自熔合金涂層，該涂層具有優異的耐磨和耐蝕的綜合性能。
[0005]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種熱噴涂鎳基自熔合金非晶涂層，是將鎳基自熔合金制備為噴涂粉，采用熱噴涂的方式將其噴涂在工件表面，形成所述鎳基自熔合金非晶涂層。
[0006]按重量百分數之和為100%計，所述鎳基自熔合金中的元素組成及各元素的重量百分數為:Cr 15-20%，B 3.0-5.0%，Si 3.0-5.5%，C 0.5-1.1%，Fe 3_5%，余量為 Ni。
[0007]所述噴涂粉的粒度范圍為44-100 μ mo
[0008]所述熱噴涂的方式包括等離子噴涂、超音速火焰噴涂；
所述等離子噴涂的工藝條件為:電弧電壓55-60V ;噴涂電流450-500A ;主氣流量40-45L/min ;噴涂距離120_ ;送粉量2.5_3kg/h，涂層厚度為200 μ m-300 μπι。
[0009]噴涂過程中可采用冷空氣進行強制冷卻，以提高涂層的冷卻速度。
[0010]本發明的顯著優點在于: (I)本發明熱噴涂鎳基自熔合金非晶涂層中采用常規的合金元素制備成鎳基自熔合金，可有效減低生產成本，同時，加入Cr可提高涂層的耐腐蝕性能，加入B和Si可提高涂層的非晶形成能力。
[0011](2)本發明熱噴涂鎳基自熔合金非晶涂層為全非晶態，涂層致密，與基體結合強度高，硬度高，耐蝕性能高，涂層的熱穩性良好，具有優異的耐磨和耐蝕綜合性能。
[0012](3)本發明熱噴涂鎳基自熔合金非晶涂層適用于模具、汽車零部件等需要耐腐蝕和耐磨方法的工件表面，具有巨大的應用前景。
【附圖說明】
[0013]圖1為實施例1所得鎳基自熔合金非晶涂層的X射線衍射圖譜。
[0014]圖2為實施例1所得鎳基自熔合金非晶涂層的掃描電鏡圖。
[0015]圖3為實施例1所得鎳基自熔合金非晶涂層在硫酸溶液中的極化曲線。
[0016]圖4為實施例1所得鎳基自熔合金非晶涂層的差熱分析(DSC)曲線。
【具體實施方式】
[0017]為了使本發明所述的內容更加便于理解，下面結合【具體實施方式】對本發明所述的技術方案做進一步的說明，但是本發明不僅限于此。
[0018]實施例1
一種熱噴涂鎳基自熔合金非晶涂層是采用水霧化法將鎳基自熔合金制備為噴涂粉；將待噴涂工件的表面進行粗化預處理后，再采用等離子噴涂的方式將其噴涂在工件表面，形成所述鎳基自熔合金非晶涂層。噴涂過程中可采用冷空氣對基體表面進行強制冷卻以提高涂層的冷卻速度，噴涂后對工件進行適量的精磨等機加工后即可使用。
[0019]所述鎳基自熔合金的元素組成及各元素的重量百分數為:Cr 18%，B 4%，Si 4%，C
0.5%，Fe 3%，Ni 70.5%，其形成的噴涂粉的粒度范圍為50-70 μ m。
[0020]所述等離子噴涂的工藝條件為:電弧電壓55V;噴涂電流450A;主氣流量40 L/min ;噴涂距離120mm ;送粉量2.5 kg/h，涂層厚度為200 μπι。
[0021]對所得鎳基自熔合金非晶涂層進行X射線衍射分析，結果如圖1所示。從圖1可以看出，該鎳基自熔合金非晶涂層顯示為漫散射的非晶態。
[0022]對所得鎳基自熔合金非晶涂層進行掃描電鏡觀察，結果如圖2所示。從圖2可以看出，該鎳基自熔合金非晶涂層組織致密，孔隙率低。
[0023]采用電化學工作站測定所得鎳基自熔合金非晶涂層在0.5Μ的H2SO4溶液中的極化曲線，結果如圖3所示。從圖3中的腐蝕電流密度可知，非晶涂層的耐腐蝕性分別是Q235A鋼的14倍和lCrl8Ni9Ti不銹鋼的1.8倍，具有優異的耐蝕性能。
[0024]采用差熱分析(DSC)測量所得鎳基自熔合金非晶涂層的熱穩定性，結果如圖4所示。從圖4中可以看出，非晶涂層的晶化過程分兩步進行，對應溫度范圍分別為4970C -560°C和590°C -660°C，具有較高的熱穩定性。
[0025]實施例2
一種熱噴涂鎳基自熔合金非晶涂層是采用水霧化法將鎳基自熔合金制備為噴涂粉；將待噴涂工件的表面進行粗化預處理后，再采用等離子噴涂的方式將其噴涂在工件表面，形成所述鎳基自熔合金非晶涂層。噴涂過程中可采用冷空氣對基體表面進行強制冷卻以提高涂層的冷卻速度，噴涂后對工件進行適量的精磨等機加工后即可使用。
[0026]所述鎳基自熔合金的元素組成及各元素的重量百分數為:Cr 20%，B 5%，Si 3 %，C
1.1%，Fe 5%，Ni 68.9%，其形成的噴涂粉的粒度范圍為44-80 μπι。
[0027]所述等離子噴涂的工藝條件為:電弧電壓55V;噴涂電流450Α;主氣流量42 L/min ;噴涂距離120mm ;送粉量2.8 kg/h，涂層厚度為250 μπι。
[0028]實施例3
一種熱噴涂鎳基自熔合金非晶涂層是采用水霧化法將鎳基自熔合金制備為噴涂粉；將待噴涂工件的表面進行粗化預處理后，再采用等離子噴涂的方式將其噴涂在工件表面，形成所述鎳基自熔合金非晶涂層。噴涂過程中可采用冷空氣對基體表面進行強制冷卻以提高涂層的冷卻速度，噴涂后對工件進行適量的精磨等機加工后即可使用。
[0029]所述鎳基自熔合金的元素組成及各元素的重量百分數為:Cr 15%，B 3%，Si 5.5%, C 0.6%，Fe 3%, Ni 72.9%，其形成的噴涂粉的粒度范圍為70-100 μ m。
[0030]所述等離子噴涂的工藝條件為:電弧電壓60V;噴涂電流500A;主氣流量45 L/min ;噴涂距離120mm ;送粉量3kg/h，涂層厚度為300 μπι。
[0031]經過顯微維氏硬度計測試，實施例1-3所得鎳基自熔合金非晶涂層的顯微硬度達750±11Ην0.1，涂層的耐磨性能優異。涂層與基體間的結合強度采用國家標準GB/T8642-2002測定，結果顯示其結合強度較高，可達41.3±5.2MPa。
[0032]本發明中噴涂粉的制備方法也可采用其它的方式。
[0033]本發明采用的熱噴涂方式不限于等離子噴涂，也可以采用其他的熱噴涂方式，如超音速火焰噴涂。
[0034]本發明工件基體的預處理方式可以針對不同的工件材料采用不同的預處理方式，如噴砂或電拉毛等。
[0035]以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
【主權項】
1.一種熱噴涂鎳基自熔合金非晶涂層，其特征在于:將鎳基自熔合金制備為噴涂粉，采用熱噴涂的方式將其噴涂在工件表面，形成所述鎳基自熔合金非晶涂層。
2.根據權利要求1所述熱噴涂鎳基自熔合金非晶涂層，其特征在于:按重量百分數之和為100%計，所述鎳基自熔合金中的元素組成及各元素的重量百分數為:Cr 15-20%，B3.0-5.0%，Si 3.0-5.5%，C 0.5-1.1%，Fe 3_5%，余量為 Ni。
3.根據權利要求1所述熱噴涂鎳基自熔合金非晶涂層，其特征在于:所述噴涂粉的粒度范圍為44-100 μπι。
4.根據權利要求1所述熱噴涂鎳基自熔合金非晶涂層，其特征在于:所述熱噴涂的方式包括等離子噴涂、超音速火焰噴涂； 所述等離子噴涂的工藝條件為:電弧電壓55-60V ;噴涂電流450-500Α ;主氣流量40-45L/min ;噴涂距離120_ ;送粉量2.5_3kg/h，涂層厚度為200 μ m-300 μπι。
【專利摘要】本發明公開了一種熱噴涂鎳基自熔合金非晶涂層，是將鎳基自熔合金制備為噴涂粉，采用熱噴涂的方式將其噴涂在工件表面，形成所述鎳基自熔合金非晶涂層；按重量百分數之和為100%計，所述鎳基自熔合金中的元素組成及各元素的重量百分數為：Cr15-20%，B3.0-5.0%，Si3.0-5.5%，C0.5-1.1%，Fe3-5%，余量為Ni。本發明所形成的熱噴涂鎳基自熔合金非晶涂層耐磨和耐腐蝕性能良好，且其制備方便、生產成本低，具有較好的應用前景。
【IPC分類】C22C45-04, C23C4-12, C23C4-06
【公開號】CN104561877
【申請號】CN201510028097
【發明人】鄭振環, 李強
【申請人】福州大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月21日