一种非晶涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种非晶涂层及其制备方法。该非晶涂层由铁基合金构成，除Fe、Cr元素外，还含有Si、B、P、C、Al、Mo中的多种主要元素，以及少量Ni、Zr、Nb、Y等中的一种或多种合金元素。通过选用合适的元素配比，可促使非晶涂层兼具良好的硬度、耐磨损、耐腐蚀性以及热稳定性能。所述非晶涂层由高压冷喷涂工艺喷涂沉积在基材的表面上。本发明专利技术所述非晶涂层除具有氧化程度低、结构致密性好、不易脱落的特点外，还具有提高涂层硬度、耐磨性、耐腐蚀性、磁性等有益效果。本发明专利技术还涉及一种耐腐蚀非晶涂层的制备方法。本发明专利技术还涉及一种耐腐蚀非晶涂层的制备方法。本发明专利技术还涉及一种耐腐蚀非晶涂层的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种非晶涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及非晶涂层
，具体涉及一种非晶涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝合金、镁合金、铜合金等有色金属在工业产品中应用广泛，但这些材料由于化学性质较活泼、耐磨损和耐腐蚀等性能不够理想。目前，一般采用电镀、阳极氧化、微弧氧化、激光表面处理、涂装等方式，在这些金属材料表面制备防护性功能膜或者制备细晶、纳米晶组织，来提高这些金属合金产品表面的耐磨损、耐腐蚀性能。但这些工艺难以制备厚度较厚且结构致密性高的膜层，故难以满足许多航空、航天、武器等装备的性能要求。而选用一些具备良好的耐磨损、耐腐蚀性的粉末物质(如氧化铝、氧化锆、氧化铬等氧化物，或铁基非晶合金、镍基非晶合金等非晶物质），结合热喷涂或冷喷涂工艺，在某些表面性能要求高的金属工件表面，喷涂沉积一层结构致密度高、厚度较厚的防护性涂层，可以显著提升产品的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性能，甚至赋予工件表面良好的隔热、导磁、吸波等特殊功能。
[0003]非晶合金具有高硬度、高强度、高耐磨、高耐腐蚀等特性，采用非晶合金制备的的涂层可以显著提升基体的表面性能。目前，适合作为防护性功能的非晶合金涂层主要包括Ni基涂层和Fe基涂层体系，但Ni基涂层成本高，不利于实际推广应用，而Fe基非晶合金涂层具有较高的性价比，且耐磨、耐腐蚀性能良好，适合作为工程结构件的表面防护涂层材料。目前，一般采用热喷涂技术，如电弧喷涂，等离子喷涂，进行铁基非晶涂层的制备。但由于热喷涂施工过程中的加热温度高(2500~10000℃)，高温容易促使所制备的非晶涂层出现晶化、甚至氧化的问题，降低非晶合金的固有性能；此外，热喷涂制备的涂层往往还存在孔隙率较高(>5%)、结合力较差等问题。
[0004]而冷喷涂主要通过高压、高速的受热气体对金属粉末提供沉积动力，当粉末超过某临界速度时，将高速撞击基体表面，发生粉末材料的剪切和流变，进而沉积在基体表面，逐步实现堆叠成型，实现涂层的制备。由于在冷喷涂施工过程中，所用的气体基本为保护性，如氮气、氩气等，且气体受热温度较低(300~1200℃)，故喷涂非晶金属粉末时，非晶粉末不容易发生氧化或晶化的问题，故适用于铁基非晶合金涂层的制备。
[0005]同时现有的工艺制备的涂层密度、硬度以及耐腐性能很难协调改进，产品的性能容易出现高低不一，从而影响产品的使用效率。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提供一种非晶涂层及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]本专利技术解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术提供了一种结构致密的非晶涂层，其作为层状涂层喷涂在基材的表面上，所述非晶涂层由冷喷涂工艺制成，涂层的孔隙率为0.5～2.0％。
[0008]通过采用冷喷涂技术，在铝合金、镁合金、铜合金等这些材质的基体制备一层高致
密性的非晶涂层，以实现其良好的表面耐磨损、耐腐蚀等性能。主要由Fe、Cr、Mo、Si、B、Al等合金元素构成的非晶合金细微粉末为原材料，通过控制冷喷涂的工艺参数，制备氧化程度低、结构致密、结合力好的铁基非晶涂层，可以显著提升铝合金、镁合金、铜合金等的性能，获得良好的涂层硬度、耐磨损、耐腐蚀等性能。
[0009]该冷喷涂技术在金属表面制备的非晶涂层的致密性、耐磨损、耐腐蚀等性能明显优于热喷涂制备的非晶涂层，也明显优于冷喷涂制备的纯铁涂层。
[0010]冷喷涂又称气体动力喷涂技术，是指当某些金属颗粒经加速至某临界速度时，粒子与基体碰撞后，经过强烈的塑性变形而发生沉积形成金属涂层的方法。通常条件下，一般的概念是当固态粒子碰撞到某种基体后将产生固态粒子对基体的冲蚀作用。
[0011]本专利技术的有益效果是：所述铁基非晶涂层具有氧化程度低、结构致密性好、不易脱落、价格相对较低的特点，具有提高基体金属表面的硬度、耐磨损、耐腐蚀性能、导磁效果等有益效果。
[0012]进一步，非晶涂层孔隙率为0.5～2.0％。
[0013]采用上述技术方案的有益效果是：可以提高铁基非晶涂层耐磨损、耐腐蚀，低于这一范围，会导致工艺过程实施较困难；高于这一范围，会导致非晶导磁涂层硬度、耐磨损、耐腐蚀性能有所下降。
[0014] 进一步，所述非晶涂层的厚度为0.1～0.25 mm。
[0015]采用上述技术方案的有益效果是：有助于提高非晶涂层硬度、耐磨损、耐腐蚀、导磁性能，低于这一范围，会导致非晶涂层过薄、防护性能不足和难以施工的问题；而高于这一范围，会导致非晶涂层的表面粗糙度、结构致密性变差，以及加工制备成本显著提高的问题。
[0016]进一步，所述非晶涂层以铁基非晶合金粉末为基体材料，粉末为球形或近球形，粉末的球形度≥0.85。
[0017]采用上述技术方案的有益效果是：高球形度的铁基非晶合金粉末，有利于提升涂层的沉积效率、降低涂层的孔隙率，球形度较低，会导致涂层沉积效率下降，涂层内部孔隙率上升，涂层的硬度、耐磨损、耐腐蚀和电磁加热效果变差。
[0018]进一步，所述铁基非晶合金的粉末粒度为1000～400目。
[0019]采用上述技术方案的有益效果是：采用较小粒径的非晶合金粉末有利于提高非晶涂层沉积效率，提升涂层的致密性、耐磨损和耐腐蚀性能，如果粉末粒径过小，容易导致粉末出现团聚的问题；如果粉末粒径过高，容易导致非晶合金涂层沉积效率和致密性降低，非晶涂层从硬度、耐磨损、耐腐蚀性、导磁性能变差的问题。
[0020]进一步，所述非晶涂层成分为铁基非晶合金，除含有Fe、Cr两种主要元素外，还含有还含有Si、B、P、C、Al、Mo中的至少两种或多种合金元素，各元素的原子分数(at.%)取值范围分别为：5%≤Si≤15%，10%≤B≤15%，4%≤C≤8%，5%≤P≤10%，2%≤Al≤5%，2%≤Mo≤5%，可促使非晶合金具有良好的耐磨损、耐腐蚀性和磁性能。其中，Fe含量过低，会导致粉末的硬度高，不利于涂层沉积，且获得的非晶涂层导磁性能下降，Fe含量过高，会导致非晶合金涂层的硬度、耐磨性下降的问题；而Cr元素含量过低，会导致非晶涂层的耐磨损、耐腐蚀等性能下降，Cr元素含量过高，会导致非晶合金粉末硬度过高，冷喷涂沉积效率降低的问题。
[0021]进一步，所述非晶涂层成分为铁基非晶合金，除含有上述多种合金元素外，还含有
少量的Ni、Zr、Nb、Y等一种或多种元素，这些元素的原子分数(at.%)取值范围优选为：1%≤Ni≤3.5%，0.2%≤Zr≤1%，0.2%≤Nb≤1%，0.2%≤Y≤1%。
[0022]采用上述技术方案的有益效果是：铁基非晶合金中含有较低含量的Zr、Nb、Ni、Y等元素中的一种或多种，可显著提高非晶合金热稳定性，抑制基体在冷喷涂过程中因受气体加热而导致的晶化问题，保证所制备的非晶涂层的性能基本不出现明显下降。所述添加元素的含量过低，提升非晶合金热稳定性的效果不明显，添加元素含量过高，也会造成非晶合金的热稳定性下降的问题。
[0023]本专利技术解决上述了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非晶涂层，其特征在于，所述非晶涂层的成分为包含Fe、Cr元素按元素计量比构成的铁基非晶合金，非晶涂层由铁基非晶金属粉末通过高速气压喷涂沉积在基材表面制成；所述非晶涂层由冷喷涂工艺制成，非晶涂层的孔隙率为0.5～2.0％，厚度为0.1～0.25 mm；所述冷喷涂工艺结束后还采用改性液浸渍改性处理，浸渍结束、水洗、干燥，通过热优化改性，热优化改性的温度为120
‑
130℃，保温10
‑
15min，随后以1
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3℃/min的速率冷却至室温，即可；所述浸渍改性的浸渍压力为10
‑
15MPa，浸渍时间为20
‑
30min；改性液的制备方法为：将膨润土送入到300
‑
350℃下热处理20
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30min，然后以2
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5℃/min的速率冷却至55
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60℃，然后置于4
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6倍的质量分数5%的盐酸溶液中一级搅拌改性；随后再加入盐酸溶液总量2
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5%的质量分数6%的壳聚糖水溶液、1
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3%的硫酸镧和0.2
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0.5%的硅烷偶联剂KH560，二级搅拌改性，搅拌结束，得到改性液。2.根据权利要求1所述非晶涂层，其特征在于，基体材料Fe和Cr元素原子分数(at.%)取值范围分别为：45%≤Fe≤70%，10%≤Cr≤20%；还含有Si、B、P...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志宏，周昭寅，吴健，赵明增，
申请(专利权)人：广州市尤特新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：