一种耐磨涂层用铁基非晶粉末及其制备方法和耐磨非晶涂层技术

本发明专利技术属于耐磨非晶涂层技术领域，具体涉及一种耐磨涂层用铁基非晶粉末及其制备方法和耐磨非晶涂层，耐磨涂层用铁基非晶粉末包括以下按原子百分比计的化学组成，Fe：68.8

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨涂层用铁基非晶粉末及其制备方法和耐磨非晶涂层


[0001]本专利技术属于耐磨非晶涂层
，具体涉及一种耐磨涂层用铁基非晶粉末及其制备方法和耐磨非晶涂层。

技术介绍

[0002]Fe基非晶合金有强度、硬度高，耐磨性和耐蚀性良好等优异性能。然而，由于非晶形成能力低和室温脆性等问题，Fe基非晶合金的推广和应用受到了严重制约。将Fe基非晶合金材料与涂层制备技术相结合，解决了块体非晶材料的室温脆性和尺寸限制，同时保留了高硬度和高耐磨性能，在海洋舰艇、电子电力和石油化工等领域具有广泛的应用需求，市场规模很大。经过多年的发展，形成了SAM系列的多个成熟牌号，其中最典型的是Nanosteel公司开发的SAM2X5 (Fe49.7Cr18Mn1.9Mo7.4W1.6B15.2C3.8Si2.4)和SAM1651 (Fe48Mo14Cr15Y2C15B6)。
[0003]超音速火焰喷涂热输入适中，喷射速度高，涂层不易晶化且结合强度高、孔隙率低，被认为是制备Fe基非晶涂层的理想技术。但是，超音速火焰喷涂对非晶合金粉末质量要求较高。采用气雾化法制备的合金粉末球形度高、氧含量低、有良好的送装密度和流动性，十分适用于超音速火焰喷涂，且气雾化法通常以惰性气体作为介质，环境污染小。
[0004]但是，采用气雾化+超音速火焰喷涂的方法制备Fe基非晶涂层，仍存在一定困难，主要体现在，目前成熟的Fe基非晶涂层如SAM2X5和SAM1651合金元素种类多，成分精准控制难，导致涂层非晶含量难以达到预期水平（≥75%，优选可达80%以上）；此外，原材料Mo成本高，W熔点高熔炼比较困难，也加大了喷涂过程中的热量输入，不利于非晶形成。
[0005]因此，本领域需要一种非晶形成能力强、成分相对简单、成本相对较低便于工业生产的Fe基非晶涂层制备方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的非晶涂层的非晶含量有待进一步提高、耐磨性不足的缺陷，提供一种耐磨涂层用铁基非晶粉末及其制备方法和耐磨非晶涂层，该铁基非晶粉末的元素简单，易于实现元素含量精准控制，采用工业纯度原料即可制备，成本低，易于工业生产。本专利技术的耐磨非晶涂层具有低孔隙率，高非晶含量，高硬度和高耐磨性的特点。
[0007]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种耐磨涂层用铁基非晶粉末，包括以下按原子百分比计的化学组成，Fe：68.8
‑
76.8%，Si：7
‑
11%，B：12
‑
15%，P：3.1
‑
3.7%，Y：1.1
‑
1.5%，且各元素的原子百分比T满足（T
Si
+T
P
）：T
B
=1:1。
[0008]在一些优选实施方式中，T
Si
+T
P
为12.1
‑
13%。
[0009]在一些优选实施方式中，所述耐磨涂层用铁基非晶粉末满足：粒径在15
‑
45μm，平均粒度D
50
为20
‑
25μm，松装密度≥3.5g/cm3，振实密度≥4.1g/cm3，和/或，非晶含量≥30%。
[0010]第二方面，本专利技术提供一种第一方面所述的耐磨涂层用铁基非晶粉末的制备方
法，包括：将所需原料进行真空熔炼，再进行真空气雾化。
[0011]优选地，所述真空熔炼的条件包括：熔炼功率为15
‑
35KW，过热度为150
‑
350℃。
[0012]优选地，所述真空气雾化的条件包括：雾化气体压力为2
‑
6MPa。
[0013]第三方面，本专利技术提供一种耐磨非晶涂层，其包括第一方面所述耐磨涂层用铁基非晶粉末的化学组成。
[0014]在一些优选实施方式中，其通过超音速火焰喷涂工艺，将第一方面所述的耐磨涂层用铁基非晶粉末喷涂在基体表面而获得。
[0015]在一些优选实施方式中，所述超音速火焰喷涂工艺的条件包括：氧气流量为1500
‑
2500SCFH，煤油流量为5
‑
6GPH，送粉器转速为3.5
‑
4.5r/min，喷涂距离为300
‑
400mm。
[0016]在一些优选实施方式中，所述耐磨非晶涂层满足：孔隙率≤1%，非晶含量≥75%、优选≥80%，硬度≥825HV
0.2
、优选≥850HV
0.2
，耐磨性为304不锈钢基体的2.5倍以上、优选3倍以上。
[0017]与现有的FeSiB非晶合金相比，本专利技术的耐磨涂层用铁基非晶粉末，在FeSiB体系的基础上，加入特定比例的小原子半径元素P和稀土元素Y，配合Si、B、P三种元素的原子百分比满足特定比例公式，提高了其非晶形成能力，可采用真空气雾化技术制得具有一定非晶含量的非晶粉末，并可在用于耐磨非晶涂层时，将非晶粉末中的非晶相遗传到涂层中，大大提高了涂层中的非晶含量，从而提高涂层的耐磨性能。相比其他非晶体系如美国的SAM系列非晶合金，如SAM1651（Fe
48
Cr
15
Mo
14
C
15
B6Y2）和SAM2X5（Fe
49.7
Cr
18
Mn
1.9
Mo
7.4
W
1.6
B
15.2
C
3.8
Si
2.4
），本专利技术元素简单，易于实现元素含量精准控制，采用工业纯度原料即可制备，成本低，易于工业生产；制得的涂层耐磨性好，同时高B含量使其具备良好的中子吸收能力，是一种潜在的耐磨损材料，有望应用在薄壁耐磨部件防护及核废料处理领域。
[0018]其中，随着P元素的加入，FeSiB合金熔体中团簇类型由FeSi、FeB两种増加为FeSi、FeB与FeP三种，有效増加了团簇种类，进而破坏了合金熔体中一种团簇结构的主导构型，形成多重团簇结构的共存，最终増强合金体系的热稳定性以及非晶形成能力；且要求各元素的原子百分比T满足（T
Si
+T
P
）：T
B
=1:1，能够使得形成的FeSi、FeB与FeP形成的多团簇共存结构相对平衡，有利于增强合金体系的热稳定性，增强非晶形成能力；由于P可以起到与Si类似的作用，FeSi+FeP团簇与FeB团簇数量均衡，由于P原子与Si原子和B原子之间的规避作用，可使三种团簇达到一种均匀间隔分布的状态，从而热稳定性最高，非晶形成能力增强。而在相同条件下，若（T
Si
+T
P
）：T
B
大于1:1，或小于1:1时，即使P元素有规避作用，但是由于团簇数量比的不均衡，在熔体内部局部易形成某一种或者某两种团簇的聚集，从而使熔体热稳定性下降，非本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐磨涂层用铁基非晶粉末，其特征在于，包括以下按原子百分比计的化学组成，Fe：68.8
‑
76.8%，Si：7
‑
11%，B：12
‑
15%，P：3.1
‑
3.7%，Y：1.1
‑
1.5%，且各元素的原子百分比T满足（T
Si
+T
P
）：T
B
=1:1。2.根据权利要求1所述的耐磨涂层用铁基非晶粉末，其特征在于，T
Si
+T
P
为12.1
‑
13%。3.根据权利要求1所述的耐磨涂层用铁基非晶粉末，其特征在于，所述耐磨涂层用铁基非晶粉末满足：粒径在15
‑
45μm，平均粒度D
50
为20
‑
25μm，松装密度≥3.5g/cm3，振实密度≥4.1g/cm3，和/或，非晶含量≥30%。4.如权利要求1
‑
3中任一项所述的耐磨涂层用铁基非晶粉末的制备方法，其特征在于，包括：将所需原料进行真空熔炼，再进行真空气雾化。5.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮自强，杜开平，章德铭，张鑫，陈星，郑兆然，马尧，胡宇，
申请(专利权)人：北矿新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：