一種新型高沖擊韌性非晶基復(fù)合涂層及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種新型高沖擊韌性非晶基復(fù)合涂層及其制備方法，其中復(fù)合涂層由一種鐵基非晶合金涂層與一種晶態(tài)金屬涂層交互疊加構(gòu)成，晶態(tài)金屬涂層與基材直接接觸，復(fù)合涂層的最外層為鐵基非晶合金涂層；復(fù)合涂層中非晶涂層及晶態(tài)涂層的界面結(jié)合緊密，不存在連續(xù)孔隙；復(fù)合涂層采用超音速火焰噴涂技術(shù)獲得；復(fù)合涂層與金屬基體具有高結(jié)合強度；復(fù)合涂層的沖擊韌性遠(yuǎn)高于單相鐵基非晶合金涂層。本發(fā)明獲得的復(fù)合涂層可在各種金屬基體表面進(jìn)行大面積涂覆，在船艇甲板、油氣田開發(fā)、石油化工以及水利水電等諸多領(lǐng)域的裝備與構(gòu)件表面防腐耐磨處理有著廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種新型高沖擊韌性非晶基復(fù)合涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型高沖擊韌性非晶基復(fù)合涂層以及制備該復(fù)合涂層的技術(shù)方法，屬于復(fù)合涂層領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]非晶合金是近年來發(fā)展起來的一種兼具結(jié)構(gòu)與功能一體化的新型亞穩(wěn)態(tài)金屬材料。該類合金(以低成本鐵基非晶體系為主)通過熱噴涂技術(shù)涂覆在各類金屬基體表面，可大幅提高材料的使用壽命和服役性能，如抗腐蝕、耐磨耗、磁屏蔽以及抗輻照性能等。因此，鐵基非晶涂層自上世紀(jì)末被日、美等發(fā)達(dá)國家開發(fā)出來后，由于其優(yōu)異的性能引起在世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。這類涂層被認(rèn)為在船艦甲板、核廢料儲存、石油/天然氣傳輸管道、隧道挖掘機(jī)械等諸多裝備的表面工程領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。
[0003]超音速火焰噴涂(HVOF)是上世紀(jì)80年代出現(xiàn)的一種噴涂技術(shù)，主要通過燃燒室末端的拉瓦爾曲線設(shè)計，使得燃燒室壓力增加，在噴口處的火焰流及噴涂粉末可獲得數(shù)倍于音速的速度。超音速粉末在金屬基體上沉積可獲得孔隙率低、厚度達(dá)數(shù)厘米、且性能優(yōu)異的涂層，已在諸多工業(yè)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。超音速噴涂所用的金屬粉末材料大多采用氣體霧化技術(shù)獲得，氣體霧化法是利用高速氣流和高速度沖擊液態(tài)金屬流，使其霧化成小液滴，隨后凝固成粉末。所獲得的粉末尺寸分布比較集中，球形度好，目前熱噴涂用的非晶合金粉末大多采用氣體霧化法制得。
[0004]單相非晶合金涂層由于其原子長程無序的結(jié)構(gòu)特征(缺少變形單元)，在外加載荷作用下往往表現(xiàn)出脆性斷裂失效。在沖擊載荷條件下，非晶合金涂層易與基材剝離，或發(fā)生涂層內(nèi)部斷裂，這在很大程度上限制了非晶合金涂層的應(yīng)用范圍。在鐵基非晶合金涂層基體中加入一定的陶瓷顆粒第二相形成非晶基復(fù)合涂層，可在一定程度上改善涂層與基體的結(jié)合強度以及抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。但彌散增強型非晶基復(fù)合涂層存在以下兩點不足:I)難以準(zhǔn)確控制第二相顆粒在非晶基體中的均勻分布；2)由于第二相與非晶相的化學(xué)電位差，導(dǎo)致兩者容易發(fā)生電偶腐蝕，從而降低非晶基復(fù)合涂層的耐蝕性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型高沖擊韌性的非晶基復(fù)合涂層，該類涂層與各類金屬基材具有高的結(jié)合強度以及優(yōu)異的抗沖擊性能。此外，該復(fù)合涂層具有與單相非晶合金涂層同等優(yōu)異的耐磨和抗腐蝕性能。同時，本發(fā)明還提供了非晶基復(fù)合涂層的制備方法。
[0006]本發(fā)明可明顯改善單相非晶合金涂層的服役性能和使用壽命，使其滿足在更苛刻工況下的使用要求，從而拓展非晶基復(fù)合涂層的應(yīng)用范圍。
[0007]本發(fā)明的采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種新型高沖擊韌性非晶基復(fù)合涂層，由韌性良好的晶態(tài)金屬涂層與鐵基非晶合金涂層交互疊加構(gòu)成，其中晶態(tài)金屬涂層與金屬基體直接接觸以提高涂層的結(jié)合強度，最外層為單相非晶合金涂層以保持其優(yōu)異的表面特性。
[0009]優(yōu)選的，上述復(fù)合涂層中的晶態(tài)金屬涂層采用以下純金屬材料之一:Ni，Al，Co，Cu ;或采用下述合金材料之一:NiAl，NiCrAl，NiCrAlY, CoCrAlY, NiCoCrAH。
[0010]優(yōu)選的，上述復(fù)合涂層中的非晶合金涂層，以超聲霧化(包括水霧法、氣霧法)技術(shù)制備的非晶態(tài)合金粉末為原料，采用超音速火焰噴涂技術(shù)制備，其中所述非晶合金粉末由下述元素和不可避免雜質(zhì)組成:
[0011]
【權(quán)利要求】
1.一種新型高沖擊韌性非晶基復(fù)合涂層，其特征在于:所述復(fù)合涂層由一種鐵基非晶合金涂層與一種晶態(tài)金屬涂層交互疊加構(gòu)成，其中與金屬基材直接接觸的一層為所述晶態(tài)金屬涂層，所述復(fù)合涂層最外層為鐵基非晶涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的復(fù)合涂層，其中，所述鐵基非晶合金涂層為單一非晶態(tài)或含少量晶化相的非晶態(tài)，其以超聲霧化技術(shù)制備的非晶態(tài)合金粉末為原料，采用超音速火焰噴涂技術(shù)制備而成，所述非晶態(tài)合金粉末由下述元素和不可避免雜質(zhì)組成(以原子百分比計):
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合涂層，其中，所述晶態(tài)金屬涂層材料為純金屬材料Ni, Al, Co 和 Cu 之一，或為合金材料 NiAl，NiCrAl，NiCrAlY, CoCrAlY 和 NiCoCrAlY 之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合涂層，其中，通過以超聲霧化、化學(xué)合成或物理合成技術(shù)制備晶態(tài)金屬粉末，然后采用超音速火焰噴涂技術(shù)制備所述晶態(tài)金屬涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合涂層，所述晶態(tài)金屬涂層與所述鐵基非晶合金涂層具有緊密結(jié)合的層間界面。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合涂層，其中，所述鐵基非晶合金涂層厚度為30-500μπι，所述晶態(tài)金屬涂層厚度為30-200 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合涂層，其中，所述鐵基非晶合金涂層與所述晶態(tài)金屬涂層的體積比為1:1~10:1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合涂層，其特征在于:所述鐵基非晶合金涂層與所述晶態(tài)金屬涂層的總疊加層數(shù)為2-10層。
9.一種權(quán)利要求1 一 8之一所述復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于:所述復(fù)合涂層中鐵基非晶合金涂層為完全非晶態(tài)或含少量晶化相的非晶態(tài)，其以超聲霧化技術(shù)制備的非晶態(tài)合金粉末為原料，采用超音速火焰噴涂技術(shù)制備而成； 所述晶態(tài)金屬涂層材料為純金屬材料Ni，Al，Co和Cu之一，或為合金材料NiAl，NiCrAl，NiCrAlY，CoCrAH和NiCoCrAH之一，通過超聲霧化、或化學(xué)合成、或物理合成技術(shù)制備晶態(tài)金屬粉末，然后采用超音速火焰噴涂技術(shù)制備該涂層；所述非晶合金粉末由下述元素和不可避免雜質(zhì)組成(以原子百分比計):Cr 10.0-17.0； Mo 7.0-20.0; B 5.0-16.0; C 3.0-16.0; Y0-5.0; Si 0-5,0; Mn 0-3.0; W 0-3.0; Fe 余量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其中所述超音速火焰噴涂的具體工藝參數(shù)為:煤油和氧氣流量分別為18-24L/h、26-32m3/h，送粉速度為20_60g/min，噴涂距離為200_600mm。
【文檔編號】B32B15/18GK103538314SQ201310459981
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】柳林, 張 誠, 周歡 申請人:華中科技大學(xué)