一种非晶涂层、具有该涂层的基体及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种非晶涂层、具有该涂层的基体及其制备工艺，属于涂层制备技术领域。该涂层的化学成分及其质量百分比为：Ni：40‑60％；Zr：20‑40％；Nb：2‑15％；Si：1‑8％。该基体与涂层之间设有一层金属中间层，能够增加涂层和基体之间的结合强度。该工艺包括以下步骤：一、准备基体并进行预处理；二、称取中间层用金属粉末和涂层用金属粉末并进行预处理；三、制备金属中间层；四、制备涂层。该工艺通过合理的工艺设计，能够在制备大面积非晶涂层时，有效地增加涂层的非晶相含量和结合强度，提高涂层的综合性能。

An amorphous coating, a substrate with the coating and its preparation process

The invention discloses an amorphous coating, a substrate with the coating and a preparation process thereof, belonging to the coating preparation technical field. The chemical composition and mass percentage of the coating are: Ni: 40 \u2011 60%; Zr: 20 \u2011 40%; Nb: 2 \u2011 15%; Si: 1 \u2011 8%. A metal intermediate layer is arranged between the substrate and the coating, which can increase the bonding strength between the coating and the substrate. The process includes the following steps: first, prepare the substrate and carry out pretreatment; second, weigh the metal powder for the intermediate layer and the metal powder for the coating and carry out pretreatment; third, prepare the metal intermediate layer; fourth, prepare the coating. Through reasonable process design, the process can effectively increase the amorphous phase content and bonding strength of the coating, and improve the comprehensive performance of the coating.

【技术实现步骤摘要】
一种非晶涂层、具有该涂层的基体及其制备工艺
本专利技术属于涂层制备
，更具体地说，涉及一种非晶涂层、具有该涂层的基体及其制备工艺。
技术介绍
超音速火焰喷涂是一种新型热喷涂技术，其设备的核心为喷枪，喷枪由燃烧室(使喷涂材料粒子得到充分加热加速)、Laval喷嘴(将焰流加速到超音速)和等截面长喷管(使喷涂材料粒子得到充分加热加速)三部分组成。其工作原理为：各种燃气进入燃烧室内与氧气混合后点燃，发生强烈的气相反应，燃烧放出的热能使气体剧烈膨胀，此膨胀气体流经Laval喷嘴时受喷嘴的约束形成超音速高温焰流。此焰流能够加热加速喷涂材料至基体表面，速度高达300-500m/s，甚至更高，从而获得结合强度高、致密的高质量的涂层。非晶合金是一种具有极高硬度的材料，这与其成分有着密切联系，一般可达1400HV；由于其微观结构是无序的，因此它具有高强度及良好的韧性及高耐磨性，延长了其疲劳寿命，被广泛应用于如涡轮、刀具等需耐磨材料的实际产生中。其次，由于非晶合金中无晶粒和晶界，从而不存在位错、层错等缺陷，且化学成分均匀。将其制备成涂层的形式可以使材料表面形成致密的钝化膜，使得材料拥有优异的防腐蚀性能。由于超音速火焰喷涂技术具备较高的焰流速度和相对较低的焰流温度，能够抑制涂层的氧化，因此其用于制备非晶涂层时非晶相的含量较高。但是，现有的超音速火焰喷涂技术在制备非晶涂层时，一般用于一些喷涂面积较小的工件，涂层和基体的结合面积小，涂层结合相对较为简单。而如果需要在喷涂面积较大的基体上进行非晶涂层的制备时，由于喷涂面积较大，现有技术对这时的喷涂过程中非晶和晶态之间的转换和形成缺乏足够的研究，且涂层和基体的结合面积较大，涂层和基体之间的结合相对较为困难，在保证涂层和基体的结合强度的条件下，制备的大面积非晶涂层的非晶相含量往往较低，通常处于80％以下，而如果通过改变喷涂工艺参数和涂层成分来提高涂层的非晶相含量时，则大面积非晶涂层的结合会相对较为困难，很难制备成功。如中国专利申请号为：CN201710827164.5，公开日为：2018年3月6日的专利文献，公开了一种低孔隙率和高非晶度的铝基非晶涂层及其制备装置和制备方法，属于非晶合金涂层
该专利技术采用铝基非晶合金成分体系(Al-TM-RE)，粉末粒径5-25μm，采用超音速火焰喷涂技术制备获得铝基非晶-纳米晶合金涂层，提高了喷涂过程中高速液流碰撞基板后的冷却速率，所获得的涂层兼具高耐磨、耐蚀的特性，非晶度超过85％，涂层厚度100μm-250μm、孔隙率≤0.5％、结合强度≥40MPa，同时在5000s内磨损量≤0.25mm3，涂层硬度≥350HV，并且在3.5wt.％NaCl溶液中点蚀电位≥-0.3VSCE，具有很强的抗局部腐蚀能力。又如中国专利申请号为：CN201910540354.8，公开日为：2019年8月20日的专利文献，公开了一种超音速火焰喷涂系统及高质量铁基非晶涂层的制备方法，包括超音速火焰喷枪和风冷设备，风冷设备包括底座、冷却台和储存罐；冷却台为内部带有空腔的中空结构，冷却台上设置有多个与冷却台内部空腔相通的出风孔，储存罐通过进气管与冷却台的内部空腔连通，进气管上设置有电磁阀，冷却台上还设置有温度传感器，温度传感器用于监测喷涂温度；制备高质量铁基非晶涂层时，通过温度传感器实时监测喷涂过程中基板的温度，通过电磁阀控制冷却气体通入到冷却台内的流量，实现对喷涂过程中基板温度进行精确地调节，得到致密度以及非晶含量较高的非晶涂层，并且极大的提高了喷涂效率，可以有效的制备出高质量的铁基非晶涂层。上述两种方案均是通过超音速火焰喷涂技术进行高非晶相含量的涂层的制备，但是其基体均为喷涂面积较小的基板，将这两种技术应用在大面积非晶涂层的制备上时，很难保证涂层具备较高的非晶相的含量，无法解决该问题。
技术实现思路
1、要解决的问题针对现有的超音速火焰喷涂技术在制备大面积非晶涂层时，涂层的非晶相含量和结合强度不高的问题，本专利技术提供一种非晶涂层的制备工艺，通过合理的工艺设计，能够在制备大面积非晶涂层时，有效地增加涂层的非晶相含量和结合强度，提高涂层的综合性能。本专利技术还提供一种非晶涂层和具有该涂层的基体，采用上述制备工艺在基体上制备大面积非晶涂层，制备的涂层的非晶相含量高，与基体的结合强度高，涂层的综合性能较佳，对基体起到保护作用。2、技术方案为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案。一种非晶涂层，所述涂层的化学成分及其质量百分比为：Ni：40-60％；Zr：20-40％；Nb：2-15％；Si：1-8％。一种具有非晶涂层的基体，包括基体和基体表面覆盖的非晶涂层，所述的非晶涂层为上述一种非晶涂层；所述基体和非晶涂层之间设有一层金属中间层。作为技术方案的进一步改进，所述金属中间层的化学成分及其质量百分比为：Cr：20-40％；Ni：60-80％。作为技术方案的进一步改进，所述非晶涂层通过超音速火焰喷涂工艺制备。一种上述具有非晶涂层的基体的制备工艺，包括如下步骤：一、准备基体，对基体依次进行清洗和粗化处理；二、称取中间层用金属粉末和涂层用金属粉末，分别对两组金属粉末单独进行机械混合，混合均匀后，采用气体雾化法对粉末进行处理，接着依次进行干燥、造粒和筛选处理；三、采用处理好的中间层用金属粉末，通过超音速火焰喷涂设备在基体表面喷涂一层金属中间层；四、采用处理好的涂层用合金粉末，通过超音速火焰喷涂设备在中间层上喷涂非晶涂层，所述非晶涂层为权利要求1所述的一种非晶涂层。作为技术方案的进一步改进，所述步骤四制备的非晶涂层的非晶相比例不低于90％。作为技术方案的进一步改进，所述步骤三和步骤四中，采用氧气、丙烷和空气作为喷涂设备使用的燃气，其中，氧气压力为0.5-1.0MPa，丙烷压力为0.6-0.8MPa，空气压力为0.5-1.0MPa，氧气流量为400-600L/min，丙烷流量为30-50L/min，空气流量为200-400L/min。作为技术方案的进一步改进，所述步骤三和步骤四中，喷涂距离为200-250mm，送粉速度为20-40g/min，喷枪移动速度为400-520mm/s，喷涂温度为2900-3100℃。作为技术方案的进一步改进，所述步骤二中，中间层用金属粉末的组分及其质量百分比为：Cr：20-40％；Ni：60-80％，涂层用金属粉末的组分及其质量百分比为：Ni：40-60％；Zr：20-40％；Nb：2-15％；Si：1-8％。作为技术方案的进一步改进，所述基体为铝合金。3、有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术一种非晶涂层，通过合理的成分选取和配比，能够极大地提升最终形成的涂层的非晶含量，从而有效地提高了涂层的耐磨性、硬度等各项性能；(2)本专利技术一种涂有非晶涂层的基体，采用超音速火焰喷涂工艺在基体上喷涂上述一种非晶涂层，涂层的耐磨性和硬度较佳，同时，在涂层和基体之间还喷涂有一层金属中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非晶涂层，其特征在于：所述涂层的化学成分及其质量百分比为：Ni：40-60％；Zr：20-40％；Nb：2-15％；Si：1-8％。/n

【技术特征摘要】
1.一种非晶涂层，其特征在于：所述涂层的化学成分及其质量百分比为：Ni：40-60％；Zr：20-40％；Nb：2-15％；Si：1-8％。


2.一种具有非晶涂层的基体，包括基体和基体表面覆盖的非晶涂层，其特征在于：所述的非晶涂层为权利要求1所述的一种非晶涂层；所述基体和非晶涂层之间设有一层金属中间层。


3.根据权利要求2所述的一种具有非晶涂层的基体，其特征在于：所述金属中间层的化学成分及其质量百分比为：Cr：20-40％；Ni：60-80％。


4.根据权利要求3所述的一种具有非晶涂层的基体，其特征在于：所述非晶涂层通过超音速火焰喷涂工艺制备。


5.一种权利要求2-4所述的具有非晶涂层的基体的制备工艺，包括如下步骤：
一、准备基体，对基体依次进行清洗和粗化处理；
二、称取中间层用金属粉末和涂层用金属粉末，分别对两组金属粉末单独进行机械混合，混合均匀后，采用气体雾化法对粉末进行处理，接着依次进行干燥、造粒和筛选处理；
三、采用处理好的中间层用金属粉末，通过超音速火焰喷涂设备在基体表面喷涂一层金属中间层；
四、采用处理好的涂层用合金粉末，通过超音速火焰喷涂设备在中间层上喷涂非晶涂层，所述非晶涂层为权利要求1所述的一种非晶涂层。


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【专利技术属性】
技术研发人员：王萍，郭爱民，侯清宇，王巍，黄贞益，马玉康，郭云侠，伍厚玲，光剑锋，马啸宇，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34