一种钼基非晶纳米晶复合涂层及制备方法，涉及等离子喷涂钼基合金涂层，特别是涉及非晶纳米晶复合涂层。本发明专利技术针对过去利用热喷涂技术制备单一的非晶涂层或纳米结构涂层存在的问题，提出由钼基多元素非晶纳米晶合金粉末作为喷涂粉末，其成分按重量百分比计为：０．１～２．５％Ｃ、１．０～５．５％Ｓｉ、０．５～４．８％Ｂ、３．５～１１．０％Ｃｒ、１．０～６．８％Ｆｅ、１８．０～３５．５％Ｎｉ、余下的是Ｍｏ，粉末的粒度范围是４０～９０微米。此复合涂层既含有非晶结构又含有纳米结构的非晶纳米晶，不但具有优异的耐腐蚀性能，而且又有良好的热稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及等离子喷涂合金涂层，特别是涉及非晶纳米晶复合涂层的制备。
技术介绍
非晶材料、纳米晶材料具有比传统材料更为独特而优异的性能，是很有发展前途的新型材料。但是在实际中，直至目前，这些材料仍还没有大范围推广应用，其主要因素是其制备过程难以控制，在实际中很难制备大块非晶、纳米晶材料，其应用主要被限制在薄带、细丝、粉末等低维度形状上。相对而言，非晶、纳米晶涂层的制备过程就比较容易实现，在众多制备涂层的方法中，热喷涂技术是一种极具竞争力的技术，同时也是非常有发展前景的技术。在热喷涂技术中，主要采用等离子喷涂技术和超音速火焰喷涂技术来制备非晶结构或纳米结构涂层。椐美国专利U.S.P.5,939,146报道，E.J.Lavernia等人首先用高能球磨将微米级粉末球磨成纳米尺寸粉末，然后进行超音速火焰喷涂，就可制备成显微组织更为精细的纳米结构涂层，涂层的厚度可以达到几毫米。Nanostructured Materials，1998，10(2)169-178报道，H.G.Jiang等人分别用甲醇和液氮为介质对Inconel718合金分别进行高能球磨制备成纳米结构的粉末，所的粉末经过干燥后进行超音速火焰喷涂，成功得到了纳米结构涂层。用等温热处理方法研究了两种方法(甲醇和液氮介质)制备的粉末和热喷涂层的热稳定性，所有的纳米晶Inconel718合金粉末和涂层都表现出了良好的热稳定性，在1273K的温度下处理60分钟，晶粒仍保持在100nm左右。Nanostructured Materials，1997，9482-492报道，V.L.Tellkamp等人发现所用Inconel718合金原料的粉末粒度是10μm，经高能球磨后细化到25nm，超音速火焰喷涂得到的涂层的晶粒尺寸为32nm，在喷涂过程中，一些颗粒显示出是经历了一个未完全熔化的过程；与传统的粗晶粒材料相比，纳米材料增加了硬度和强度、扩散性能、比热，改善了其延展性。J.Thermal Spray Technology，2000，9(3)399-406报道，B.H.Kear等人对大气等离子喷涂和超音速火焰喷涂制备的纳米结构WC/Co硬质涂层的显微结构和传统涂层进行比较研究发现，纳米结构WC/Co热喷涂涂层抗磨损性能的提高在于其显微结构的变化。以上方法制备出来的都是单一的纳米结构涂层，具有良好的耐磨损性能，但是都没有提及耐腐蚀性能。J.Thermal Spray Technology，1999，8(3)399-404报道，Mccartney D.J.用超音速火焰喷涂方法喷涂两种Ni-Cr-Mo-B合金粉末，制备出这两种合金的非晶涂层，并研究了它们的耐腐蚀特性，结果表明两种合金涂层在0.5mol/LH2SO4溶液中均具有良好的耐蚀性，两种合金涂层的腐蚀电位约为-300mV(相对饱和甘汞电极)，钝化电流密度约为1mA/cm2。但由于这种涂层是单一的非晶结构，虽然具有良好的耐腐蚀性能，但耐磨性能不够理想。
技术实现思路
本专利技术针对过去利用热喷涂技术制备单一的非晶涂层或纳米结构涂层存在的问题，提出由非晶纳米晶合金粉末作为喷涂粉末，制备出既含有非晶结构又含有纳米结构的非晶纳米晶复合涂层，这种涂层具有优异的耐腐蚀性能。本专利技术采用钼基多元素非晶纳米晶合金粉末作为喷涂材料，其成分按重量百分比计为0.1～2.5％C、1.0～5.5％Si、0.5～4.8％B、3.5～11.0％Cr、1.0～6.8％Fe、18.0～35.5％Ni、余下的是Mo，粉末的粒度范围是40～90微米。本专利技术采用普通的大气等离子喷涂方法制备涂层，喷涂工艺参数为电弧电压60～80V、电弧电流350～600A、主气(Ar气)40～90L/min、副气(H2气)25～50L/min、送粉速度15～100g/min、喷涂距离80～135mm。本专利技术克服了原有技术制备出的涂层要么是单一的非晶结构，要么是单一的纳米结构的不足，所制备的合金涂层是非晶纳米晶复合涂层，涂层中有一部分发生了晶化，得到了纳米尺寸的晶粒，另一部分以非晶态结构存在，最终得到了既含有非晶又含有纳米晶的复合涂层，这种涂层不但具有优异的耐腐蚀性能，而且又有良好的热稳定性。附图说明图1为钼基喷涂粉末的形貌照片(200×) 图2为钼基喷涂粉末的X射线衍射图谱图3为钼基喷涂涂层的X射线衍射图谱图4为等离子喷涂钼基涂层TEM形貌图(100000×)图5为等离子喷涂钼基涂层的微区衍射花样图6为等离子喷涂钼基涂层的差热分析(DSC)曲线具体实施方式实施例1钼基多元素非晶纳米晶合金粉末的成分按重量百分比计为0.6％C、3.2％Si、2.6％B、6.9％Cr、4.8％Fe、28.5％Ni、余下的是Mo，粉末的粒度范围是40～90微米。用等离子喷涂在0Cr13Ni5Mo不锈钢基体上制备涂层，等离子喷涂参数为电弧电压60V、电弧电流550A、主气(Ar气)60L/min、副气(H2气)30L/min、送粉速度45g/min、喷涂距离120mm。实施例2钼基多元素非晶纳米晶合金粉末的成分按重量百分比计为0.4％C、2.5％Si、4.6％B、8.7％Cr、3.8％Fe、24.5％Ni、余下的是Mo，粉末的粒度范围是40～90微米。用等离子喷涂在0Cr13Ni5Mo不锈钢基体上制备涂层，等离子喷涂参数为电弧电压60V、电弧电流550A、主气(Ar气)60L/min、副气(H2气)30L/min、送粉速度45g/min、喷涂距离120mm。实施例3钼基多元素非晶纳米晶合金粉末的成分按重量百分比计为1.2％C、4.8％Si、2.1％B、5.7％Cr、6.2％Fe、32.3％Ni、余下的是Mo，粉末的粒度范围是40～90微米。用等离子喷涂在0Cr13Ni5Mo不锈钢基体上制备涂层，等离子喷涂参数为电弧电压60V、电弧电流550A、主气(Ar气)60L/min、副气(H2气)30L/min、送粉速度45g/min、喷涂距离120mm。选择实施例1做涂层分析。喷涂粉末和涂层的晶体结构图1是钼基喷涂粉末的形貌照片，可以看出是近球形粉末，具有良好的流动性。图2是钼基喷涂粉末的X射线衍射图谱，可以看出粉末中除了含有非晶外，还含有Fe0.54Mo1.73和Fe20C9相结晶物质，Fe0.54Mo1.73平均晶粒为75.88nm，Fe20C9平均晶粒为31.99nm，可见，晶粒的尺寸都在100nm以下，都是纳米晶，说明喷涂粉末是非晶纳米晶粉末。图3是钼基涂层的X射线衍射图谱，从图中可以看出涂层中除了含有非晶外，还含有结晶物质。对照标准衍射图谱可以查出涂层含有Mo12Fe22C10和Fe3C两种物质。经过计算，Mo12Fe22C10平均晶粒为34.34nm，Fe3C平均晶粒为40.90nm。采用本专利技术的方法制备出了钼基非晶纳米晶复合涂层。涂层的微观组织结构用透射电镜观察了涂层的微观组织结构，结果见附图4。从中可以看出涂层的微观组织比较均匀，涂层中弥散分布有不同颗粒大小的多晶成分，测量这些多晶成分的尺寸，测量得到其尺寸分布在10～100nm之间，与用X衍射的衍射峰的半高宽经过谢乐公式计算的晶粒尺寸基本吻合。相应区域的微区衍射花样(见图5)也表明了涂层中除了含有非晶外还含有结晶物质，而结晶物质是本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种等离子喷涂钼基非晶纳米晶涂层，其特征在于，喷涂材料的成分按重量百分比计为：０．１～２．５％ｗｔＣ、１．０～５．５％ｗｔＳｉ、０．５～４．８％ｗｔＢ、３．５～１１．０％ｗｔＣｒ、１．０～６．８％ｗｔＦｅ、１８．０～３５．５％ｗｔＮｉ、余下的是Ｍｏ，是非晶纳米晶粉末，粒度范围是４０～９０微米。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：樊自拴，孙冬柏，孟惠民，俞宏英，王旭东，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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