本發(fā)明屬于金屬表面工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法。

背景技術(shù)：

材料磨損和腐蝕造成的損失高達國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的9.5%，而通過表面工程技術(shù)在傳統(tǒng)材料表面獲得非晶和納米晶涂層，可顯著提高材料的耐磨抗腐蝕性能，其應用潛力巨大，已成為表面工程技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點。鐵基非晶和納米晶涂層由于具有耐腐蝕、耐氣蝕、抗磨損、摩擦系數(shù)小、可加工性強、成本低等特點，廣泛應用于石油、天燃氣、化工、水電、核電、汽車、礦山機械、海洋工程等領(lǐng)域防腐、耐磨及修復。目前，制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法通常采用激光熔覆、等離子熔覆、噴涂（熱噴涂、超音速噴涂）等方法，但這些方法存在設(shè)備昂貴、操作復雜等問題，導致生產(chǎn)成本增加，在推廣應用方面受到限制。因此需要開發(fā)一種低成本、高性能的非晶和納米晶制備方法。氬弧熔覆技術(shù)是近年來表面熔覆技術(shù)研究的熱點，其電弧能量介于自由電弧和壓縮電弧之間，冷卻速率較快，可實行手工操作和機械操作，靈活度高。采用氬弧熔覆技術(shù)，熔化復合材料棒制備非晶和納米晶涂層的方法，投資運行費用低，操作簡單、稀釋率小，形成涂層結(jié)合強度高，且能節(jié)省原材料等優(yōu)點，對激光熔覆和等離子熔覆難以實現(xiàn)的復雜大工件的涂層制備，如高壓閥閥座等產(chǎn)品可利用氬弧熔覆進行實現(xiàn)。氬弧熔覆技術(shù)制備的非晶和納米晶涂層具有廣闊的應用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的制備成本高、涂層質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，提供一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法，以單質(zhì)粉末鐵粉、鉻粉、硼粉、硅粉、鈮粉為原料，所述的鐵粉、鉻粉、硼粉、硅粉、鈮粉的質(zhì)量份數(shù)比為（64-2x）：13：（2x+16）：3：4，其中x取1、2或3，把所有單質(zhì)粉末和硬質(zhì)合金球一起放到球磨罐中進行球磨，充分混合，球磨過程中利用氬氣進行保護；向混合均勻的單質(zhì)粉末和硬質(zhì)金屬球中加入有機粘結(jié)劑，有機粘結(jié)劑加入量為每100g單質(zhì)粉末中加入10g有機粘結(jié)劑，利用圓柱形模具將合金粉末壓制成棒狀，得到復合材料棒，復合材料棒常溫自然干燥后，采用干燥箱進一步烘干，干燥箱烘干溫度為120~150℃，烘干時間為1~2h，然后利用氬弧焊機鎢極產(chǎn)生的電弧熱把復合材料棒熔覆于放置在低溫槽中的金屬基體表面，熔覆過程中利用氬氣進行保護，凝固后即得到鐵基非晶和納米晶涂層。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：

本發(fā)明在低溫環(huán)境下制得的涂層與金屬基體結(jié)合良好，形成的納米晶顆粒更為均勻、細?。辉摷夹g(shù)工藝簡單，操作容易，設(shè)備價格低；與激光熔覆制備的非晶和納米晶涂層相比，氬弧熔覆復合材料棒制備非晶和納米晶涂層具有操作簡單、粉末利用率高達90%以上等特點；本發(fā)明采用氬弧焊機設(shè)備作為熱源，相比其他制備設(shè)備具有更低的價格優(yōu)勢。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備的鐵基非晶和納米晶涂層的x射線衍射圖譜，2θ指的是衍射角；

圖2為本發(fā)明制備的鐵基非晶和納米晶涂層與基體結(jié)合的場發(fā)射sem（掃描電子顯微鏡）照片；

圖3為本發(fā)明制備的鐵基非晶和納米晶涂層顯微組織的場發(fā)射sem（掃描電子顯微鏡）照片。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對發(fā)明的技術(shù)方案進一步說明，但并不局僅限于此，凡是對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修正或等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案精神范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之中。

具體實施方式一：本實施方式記載的是一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法，以單質(zhì)粉末鐵粉、鉻粉、硼粉、硅粉、鈮粉為原料，所述的鐵粉、鉻粉、硼粉、硅粉、鈮粉的質(zhì)量份數(shù)比為（64-2x）：13：（2x+16）：3：4，其中x取1、2或3，把所有單質(zhì)粉末和硬質(zhì)合金球一起放到球磨罐中進行球磨，充分混合，球磨過程中利用氬氣進行保護；向混合均勻的單質(zhì)粉末和硬質(zhì)金屬球中加入有機粘結(jié)劑，有機粘結(jié)劑加入量為每100g單質(zhì)粉末中加入10g有機粘結(jié)劑，利用圓柱形模具（采用南通達沃重工機床有限公司生產(chǎn)的yq32-250t粉末成型液壓機）將合金粉末壓制成棒狀，得到復合材料棒，復合材料棒常溫自然干燥后，采用干燥箱進一步烘干，干燥箱烘干溫度為120~150℃，烘干時間為1~2h，然后利用氬弧焊機鎢極產(chǎn)生的電弧熱把復合材料棒熔覆于放置在低溫槽中的金屬基體表面，熔覆過程中利用氬氣進行保護，凝固后即得到鐵基非晶和納米晶涂層。

具體實施方式二：具體實施方式一所述一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法，所述鐵粉純度為99.0%，粒度為325目；鈮粉純度為99.9%，粒度為500目；硼粉純度為99.99%，粒度為180目；鉻粉純度為99.95%，粒度為325目；硅粉純度為99.95%，粒度為300目。

具體實施方式三：具體實施方式一所述一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法，所述球磨罐中的磨球為氧化鋯，磨球的直徑為10mm，球料比為20:1，球磨轉(zhuǎn)速為300r/min，球磨時間為5h，保護氣體為高純氬氣，純度可達99.99%。

具體實施方式四：具體實施方式一所述一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法，所述有機粘結(jié)劑為膠水或水玻璃。

具體實施方式五：具體實施方式一所述一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法，所述金屬基體為低碳鋼、中碳鋼或低合金鋼。

具體實施方式六：具體實施方式一所述一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法，所述的熔覆工藝，參數(shù)為：熔覆電流：120a，熔覆速度：120mm/min，氬氣流量：12l/min，低溫槽溫度為0℃，復合材料棒與金屬基體成30°，保護氣體為高純氬氣，純度可達99.99%。

實施例1：

按照質(zhì)量份數(shù)比取62份鐵粉、13份鉻粉、18份硼粉、3份硅粉和4份鈮粉，總質(zhì)量為50g，其中鐵粉純度為99.0%，粒度為325目，鈮粉純度為99.9%，粒度為500目，硼粉純度為99.99%，粒度為180目，鉻粉純度為99.95%，粒度為325目，硅粉純度為99.95%，粒度為300目；金屬基體采用低碳鋼。將各稱量后的粉末放置于球磨機中進行混合，磨球為氧化鋯，磨球的球徑為10mm，球料比為20:1，球磨轉(zhuǎn)速為300r/min，球磨時間為5h，保護氣體為高純氬氣（99.99%），將混合后的合金粉末加入有機粘結(jié)劑（水玻璃）混合成糊狀后，放置于圓柱型模具中壓制成棒狀，在空氣中自然干燥，熔覆前將復合材料棒放入干燥箱中120℃進行烘干2h。將制成的直徑為3mm、長度為300mm的陶瓷棒，用氬弧焊機熔覆于放置在低溫槽中的低碳鋼表面，熔覆電流為120a，熔覆速度為120mm/min，氬氣流量為12l/min，低溫槽溫度為0℃，復合材料棒與碳鋼基體成30°。檢測結(jié)果表明：非晶和納米晶涂層的物相主要由（fe,cr），fe2b和cr2b組成，涂層與基體結(jié)合良好，納米晶顆粒均勻分布于涂層中，硬度可達hv0.21200。

實施例2：

按照質(zhì)量份數(shù)比取60份鐵粉、13份鉻粉、20份硼粉、3份硅粉和4份鈮粉，總質(zhì)量為50g，其中鐵粉純度為99.0%，粒度為325目，鈮粉純度為99.9%，粒度為500目，硼粉純度為99.99%，粒度為180目，鉻粉純度為99.95%，粒度為325目，硅粉純度為99.95%，粒度為300目；基體采用低碳鋼。將各稱量后的粉末放置于球磨機中進行混合，磨球為氧化鋯，磨球的球徑為10mm，球料比為20:1，球磨轉(zhuǎn)速為300r/min，球磨時間為5h，保護氣體為高純氬氣（99.99%），將混合后的合金粉末加入有機粘結(jié)劑（水玻璃）混合成糊狀后，放置于圓柱型模具中壓制成棒狀，在空氣中自然干燥，熔覆前將復合材料棒放入干燥箱中120℃進行烘干2h。將制成的直徑為3mm、長度為300mm的陶瓷棒，用氬弧焊機熔覆于放置在低溫槽中的低碳鋼表面，熔覆電流為120a，熔覆速度為120mm/min，氬氣流量為12l/min，低溫槽溫度為0℃，復合材料棒與碳鋼基體成30°。檢測結(jié)果表明：非晶/納米晶涂層的物相主要由（fe,cr），fe2b和cr2b組成，如圖1所示；涂層與基體結(jié)合良好，如圖2所示；納米晶顆粒均勻分布于涂層中，如圖3所示，硬度可達hv0.21320。

實施例3：

按照質(zhì)量份數(shù)比取58份鐵粉、13份鉻粉、22份硼粉、3份硅粉和4份鈮粉，總質(zhì)量為50g，其中鐵粉純度為99.0%，粒度為325目，鈮粉純度為99.9%，粒度為500目，硼粉純度為99.99%，粒度為180目，鉻粉純度為99.95%，粒度為325目，硅粉純度為99.95%，粒度為300目；基體采用低碳鋼。將各稱量后的粉末放置于球磨機中進行混合，磨球為氧化鋯，磨球的球徑為10mm，球料比為20:1，球磨轉(zhuǎn)速為300r/min，球磨時間為5h，保護氣體為高純氬氣（99.99%），將混合后的合金粉末加入有機粘結(jié)劑（水玻璃）混合成糊狀后，放置于圓柱型模具中壓制成棒狀，在空氣中自然干燥，熔覆前將復合材料棒放入干燥箱中120℃進行烘干2h。將制成的直徑為3mm、長度為300mm的陶瓷棒，用氬弧焊機熔覆于放置在低溫槽中的低碳鋼表面，熔覆電流為120a，熔覆速度為120mm/min，氬氣流量為12l/min，低溫槽溫度為0℃，復合材料棒與碳鋼基體成30°。檢測結(jié)果表明：非晶/納米晶涂層的物相主要由（fe,cr），fe2b和cr2b組成，涂層與基體結(jié)合良好，納米晶顆粒均勻分布于涂層中，硬度可達hv0.21450。