一種高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非晶涂層的制備方法，具體涉及一種高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在眾多非晶合金體系中，鐵基非晶態(tài)合金以其低廉的成本，出眾的斷裂強(qiáng)度、硬度、抗腐蝕性、抗高溫性和優(yōu)異的軟磁性等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)上顯示出重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]超音速氣霧化制粉技術(shù)是一種能量利用率高、惰性氣體消耗量小、粒度范圍窄的金屬粉末制備技術(shù)，它制得的粉末球形度好、質(zhì)量好，適用于超音速火焰噴涂技術(shù)對(duì)基體材料進(jìn)行噴涂。同時(shí)，與化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、電鍍、化學(xué)鍍、電刷鍍、激光熔覆等涂層制備方法相比，熱噴涂技術(shù)具有成本低、效率高、面積大、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，是目前應(yīng)用最為廣泛的耐磨、防腐涂層制備方法。而且，超音速火焰噴涂具有焰流細(xì)長(zhǎng)、能量集中、火焰速度較高(4~5倍音速)、粒子速度高(>600 m/s)，粉末噴涂過程中氧化程度低、微觀組織變化小，涂層致密、孔隙率低(<1%)、硬度高、韌性大、與基體結(jié)合強(qiáng)度高、涂層表面光滑，操作靈活、可以連續(xù)噴涂等優(yōu)點(diǎn)，是一種適于制備鐵基非晶涂層的熱噴涂方法。然而，上述技術(shù)在制備高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂層時(shí)存在困難。
[0004]美國(guó)和日本針對(duì)鐵基非晶涂層的前期基礎(chǔ)研究工作促進(jìn)了鐵基非晶涂層的應(yīng)用。2003年美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局(DARPA)啟動(dòng)了“海軍先進(jìn)非晶涂層”(Naval AdvancedAmorphous Coating-NAAC)計(jì)劃，針對(duì)鐵基非晶涂層在海洋環(huán)境和核福照環(huán)境中的應(yīng)用，進(jìn)行了系統(tǒng)的應(yīng)用研究工作，其中最典型的兩個(gè)非晶合金成分分別是具有高非晶形成能力的Fe4SCr15Mo14C15B6Y2和高B含量的Fe，合金牌號(hào)分別被命名為SAM1651和SAM2X5?？梢钥闯觯@兩種非晶合金成分復(fù)雜，前者非晶形成能力好，但Β含量低；后者Β含量高，但非晶形成能力差，實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用較為困難，需提高工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備成本以制備高質(zhì)量的非晶涂層，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鐵基非晶涂層作為中子吸收、耐磨損和耐腐蝕材料在核輻照環(huán)境中的應(yīng)用。因此，需要提供一種能夠制備高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂層并且易于工業(yè)應(yīng)用的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂層的制備方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂層的制備方法，其特征在于，它包括以下步驟:
(a)按以下原子百分比稱取原料:Fe為50~55%、Cr為15_20%、Mo為2_5%、Zr為5_10%、B為15~20%，加入真空感應(yīng)熔煉爐中，在真空度< 0.1Pa時(shí)通入氬氣，熔煉原料并混合均勻，澆鑄得母合金；
(b)將所述母合金置于氣霧化爐內(nèi)加熱熔化，使其過熱度為300~400°C，將液態(tài)母合金霧化成非晶態(tài)球形粉末；
(C)取粒徑為15~45 μm的所述非晶態(tài)球形粉末，采用超音速火焰噴涂技術(shù)在基底上制備Fe-Cr-B系非晶涂層，噴涂工藝參數(shù)為:丙烷壓力0.5-0.6 MPa，氧氣壓力0.7-0.8 MPa,氮?dú)鈮毫?.5~0.7 MPa，空氣壓力0.6~0.8 MPa，丙烷工作流量70~75 L/h，氧氣工作流量60-65 L/h，氮?dú)夤ぷ髁髁?00~800 L/h，空氣工作流量100~150 L/h，噴涂距離220~250_。
[0007]優(yōu)化地，步驟(a)中，所述原料的原子百分比為:Fe為54%、Cr為18%、Mo為2%、Zr為 8%、B 為 18%。
[0008]進(jìn)一步地，所述熔煉功率為20~40kw，熔煉時(shí)間10~30分鐘。
[0009]優(yōu)化地，步驟(c)中，丙烷壓力0.55 MPa，氧氣壓力0.8 MPa，氮?dú)鈮毫?.6 MPa，空氣壓力0.8 MPa，丙烷工作流量73 L/h，氧氣工作流量62 L/h，氮?dú)夤ぷ髁髁?00 L/h，空氣工作流量120 L/h，噴涂距離250 mm。
[0010]優(yōu)化地，步驟(c)中，所述基底為304不銹鋼，噴涂涂層厚度0.3-0.5mm。
[0011]優(yōu)化地，步驟(b)中，所述熔化的母合金溫度為1500-1700°C，熔體流速為100~300克/秒，霧化壓力3-7MPa。
[0012]優(yōu)化地，步驟(c)中，用325~800目的篩子對(duì)所述非晶態(tài)球形粉末進(jìn)行篩選而取粒徑為15~45μπι的。
[0013]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂層的制備方法，通過采用特定原子百分比的原料，并且結(jié)合特定的熔融、粉化和噴涂的技術(shù)，使得高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶粉末具有高熔點(diǎn)，在這種情況下還能具有成粉率高、粉末顆粒表面光滑的特點(diǎn)，制得的涂層非晶比例高、致密度高、孔隙率低于0.5%、結(jié)合強(qiáng)度高于55MPa、硬度高達(dá)1150HV0.1、耐磨損和耐腐蝕性能好；涂層的韌性好，無需對(duì)基板進(jìn)行預(yù)熱便可以實(shí)施噴涂，降低了實(shí)施噴涂的難度和成本；采用工業(yè)純度原料即可，且易于工業(yè)化生產(chǎn)，降低了成本，該涂層是一種潛在的中子吸收、耐磨損、耐腐蝕材料，有望應(yīng)用于核廢料處理領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明高Cr和高B含量Fe_Cr_B系非晶涂層的制備方法制得的非晶態(tài)球形粉末SEM圖；
圖2為本發(fā)明高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂層的制備方法制得的非晶態(tài)球形粉末和非晶涂層的XRD圖譜；
圖3為本發(fā)明高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂層的制備方法制得的非晶涂層的截面SEM圖像，圖(b)是圖(a)的放大圖；
圖4為本發(fā)明制得的涂層和304不銹鋼在恒溫30°C、lmol/L的HC1溶液中的極化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0016]實(shí)施例1
本實(shí)施例提供一種高Cr和高B含量Fe-Cr-B系非晶涂層的制備方法，它包括以下步驟: (a)按以下原子百分比稱取原料Fe為54%、Cr為18%、Mo為2%、Zr為8%、B為18%，加入真空感應(yīng)熔煉爐中，在真空度為0.1Pa時(shí)通入氬氣，熔煉原料(熔煉功率為20kw，熔煉時(shí)間30分鐘)并混合均勻，澆鑄得母合金；原料為工業(yè)純鐵、工業(yè)純鉻、工業(yè)鉬鐵、工業(yè)硼鐵、海綿鋯或/和結(jié)晶鋯；
(b)將母合金置于氣霧化爐內(nèi)加熱熔化，在氬氣壓力為6MPa、霧化壓力為3MPa、熔體流速為100克/秒、熔體過熱度為300°C (溫度為1500°C)的條件下用超音速氬氣流將液態(tài)母合金霧化成非晶態(tài)球形粉末；從圖1中可以看出，大部分粉末呈球形，具有良好的流動(dòng)性，適合超音速火焰噴涂；
(c)取粒徑為15~45μm的非晶態(tài)球形粉末，采用超音速火焰噴涂技術(shù)在304不銹鋼上制備Fe-Cr-B系非晶涂層，噴涂工藝參數(shù)為:丙烷壓力0.55 MPa，氧氣壓力0.8 MPa，氮?dú)鈮毫?.6 MPa，空氣壓力0.8 MPa，丙烷工作流量73 L/h，氧氣工作流量62 L/h，氮?dú)夤ぷ髁髁?00 L/h,空氣工作流量120 L/h,噴涂距離250 mm,噴涂涂層厚度為0