一種鐵基非晶涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于涂層材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鐵基非晶涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵基非晶合金自從被發(fā)現(xiàn)以來，以其超高的強度、低的材料成本、優(yōu)異的軟磁性能和良好的耐磨、耐腐蝕性等特點而備受關(guān)注。然而，由于鐵基非晶合金室溫塑性較差，且大尺寸鐵基非晶合金較難制備，限制了其作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。因此，非晶合金作為涂層的應(yīng)用成為一個很具前景的研究方向。由于非晶合金涂層相對較易實現(xiàn)，人們相繼開發(fā)出了熱噴涂、激光熔覆、化學(xué)鍍等一系列非晶涂層制備方法。但是這些方法制備的非晶涂層與基體的結(jié)合強度較弱、涂層厚度太薄，從而在一定程度上限制了它的發(fā)展和應(yīng)用。
[0003]利用等離子堆焊等堆焊方法可以很容易的制備厚度達(dá)幾個毫米的堆焊層，而且堆焊層與基體有較強的冶金結(jié)合。目前國內(nèi)外專利報道的非晶涂層制備方法更多的在于熱噴涂、激光熔覆等方法制備的薄涂層，而堆焊方法由于過程中冷卻速度較低，得到非晶涂層的難度相對較大，使得在這方面的專利報道較少。已公開專利CN103128421B報道了 “一種鐵基非晶/納米晶復(fù)合涂層的制備方法”，其制備方法是采用手工電弧焊的方法制備出一種鐵基非晶/納米晶復(fù)合涂層。與手工電弧焊相比，等離子堆焊不僅堆焊效率高、堆焊質(zhì)量好，而且操作方便、安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種硬度高，耐磨性能好，抗裂紋性能好的鐵基非晶涂層。
[0005]本發(fā)明另一目的是提供一種簡單、可靠、安全、低成本的鐵基非晶涂層的制備方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種鐵基非晶涂層及其制備方法，通過等離子堆焊法制備而成。該方法為冶金結(jié)合工藝，相對于現(xiàn)有鐵基非晶涂層的熱噴涂法，即機械結(jié)合方法，等離子堆焊方法使得涂層與基材結(jié)合的更為牢固。
[0008]所述等離子堆焊法包括下述具體步驟:
[0009](I)將工業(yè)上使用的純金屬Fe、S1、Mn和工業(yè)上用的Fe_Mo、Fe-T1、Fe_Nb、Fe-B,Fe-C合金按比例配制成原料并制備成粒度為100?300 μ m的合金粉末；
[0010](2)對基材表面依次進(jìn)行氧化物去除和表面清洗；
[0011](3)采用等離子堆焊機，將經(jīng)步驟(I)制備好的合金粉末堆焊成合金涂層，其中，等離子堆焊機的各項工藝參數(shù)為:焊接電壓為25?30V、焊接電流為140?200A、焊接速度為35?40mm/min、保護(hù)氣流速度為10?12L/min，送粉速度為15?25g/min，擺動幅度為20 ?30mm ;
[0012]其中，鐵基非晶涂層的堆焊涂層厚度按實際要求進(jìn)行控制。
[0013](4)等離子堆焊結(jié)束后，將等離子堆焊涂層和基材在空氣中自然冷卻到室溫即完成該鐵基非晶涂層的制備。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟⑴中所述合金粉末采用真空氣霧法制備而成:將工業(yè)上使用的純金屬Fe、S1、Mn和工業(yè)上用的Fe_Mo、Fe-T1、Fe_Nb、Fe-B、Fe-C合金按比例配制后置于真空感應(yīng)爐中熔化、精煉，然后將熔融的金屬液體倒入保溫坩禍中并進(jìn)入霧化爐中，經(jīng)高壓氣體流霧化并在霧化塔中凝固、沉降，落入收粉罐中得到。
[0015]其中，上述鐵基非晶合金粉末除了可以采用現(xiàn)有技術(shù)中將純金屬或者合金以粉末或塊體配制成所需比例原料，經(jīng)熔化后采用水霧化或者氣霧化的方法霧化成粉末的方法進(jìn)行制備；也可以采用將純金屬或者合金以粉末或塊體配制成所需比例原料，熔化后凝固、粉碎，即采用物理方法制備粉末；或者采用本領(lǐng)域技術(shù)人員慣用的其他方法制備。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟⑴中按照比例配制的合金粉末的成分為:
[0017]Fe63.32Mo3.32Ti2.04Nb9.83B16.62C3.85Si0.55Mn0.47，其中，各數(shù)值為原子百分?jǐn)?shù)。
[0018]在該鐵基非晶合金粉末的組成成分中，B、C都是類金屬元素，除可以降低非晶合金的臨界冷卻速率外，主要作用是形成非晶合金，而且B、C是重要的耐磨相形成元素；S1、Mn具有聯(lián)合脫氧和固溶強化作用，可以降低熔點，提高熔融金屬流動性，提高非晶形成能力；Nb、Ti是強碳化物形成元素；Mo、Cu可以促使各組分的融合更加充分，提高涂層韌性。
[0019]其中，合金粉末也可以根據(jù)上述比例進(jìn)行調(diào)節(jié)并與所述堆焊工藝配合，形成性能良好的鐵基非晶涂層。
[0020]優(yōu)選地，在步驟(2)中，所述基材為35CrMo鋼；所述基材表面氧化物的去除采用車削或打磨的方法；所述基材表面清洗采用金屬洗凈劑、熱堿液或有機溶劑進(jìn)行表面清洗。
[0021]—種采用上述的鐵基非晶涂層的制備方法在基材上形成的鐵基非晶涂層。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用該等離子堆焊法制備的鐵基堆焊涂層是一種非晶涂層，具有較高的洛氏硬度，耐磨粒磨損性能遠(yuǎn)好于35CrMo鋼，可廣泛應(yīng)用于冶金機械、礦山機械、動力機械、石油、化工設(shè)備，建筑運輸設(shè)備以及工具、模具的制造和修復(fù)；此外，該等離子堆焊方法制備涂層的工藝簡單，操作簡便易行，無需焊前預(yù)熱、焊后緩冷，堆焊后涂層無裂紋，并且焊接過程中飛濺小，涂層無剝落，涂層成形良好；其中合金制備可以采用鐵合金替代純金屬組元的方法，降低了成本，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明鐵基非晶涂層實施例1?4的X射線衍射圖；
[0024]圖2是本發(fā)明鐵基非晶涂層實施例1的透射電鏡圖；
[0025]圖3是本發(fā)明鐵基非晶涂層實施例1?4的洛氏硬度對比圖；
[0026]圖4是本發(fā)明鐵基非晶涂層實施例1?4的耐磨性能對比圖；
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明的上述
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于下述實施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0028]實施例1
[0029](I)采用真空氣霧法制備等離子堆焊所用合金粉末:
[0030]將工業(yè)上使用的純金屬Fe、S1、Mn和工業(yè)上用的Fe-Mo、Fe-T1、Fe-Nb、Fe-B, Fe-C合金按成分為F
θ63.32MO3.32TI2.04^9.83^16.62
C3.8sSi。.55Μηα47(原子百分?jǐn)?shù)，at% )進(jìn)行原料配置后，將原料置于真空感應(yīng)爐中熔化、精煉，然后將熔融的金屬液體倒入保溫坩禍中并進(jìn)入霧化爐中，經(jīng)高壓氣體流霧化并在霧化塔中凝固、沉降，落入收粉罐中得到；
[0031](2)選用35CrMo鋼作為基材，并在進(jìn)行等離子堆焊前對基材表面依次進(jìn)行氧化物去除和表面清洗，其中，去除氧化物采用打磨法，直至露出金屬光澤；表面清洗則依次采用金屬洗凈劑、酒精和丙酮進(jìn)行清洗；
[0032](3)采用型號為LU-D500-F600/B800-CNC型數(shù)控等離子堆焊機，將經(jīng)步驟(I)制備好的合金粉末堆焊成合金涂層；
[0033]其中，等離子堆焊機各項工藝參數(shù)設(shè)定如下:焊接電壓為26V、焊接電流為140A、焊接速度為35mm/min、保護(hù)氣流速度為10L/min，送粉速度為20g/min，擺動幅度為23mm ；
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