铁基非晶纳米晶涂层的激光制备方法技术

一种表面涂层技术领域的铁基非晶纳米晶涂层的激光制备方法，通过将激光熔覆金属粉末采用侧轴同步送粉方式送粉，在氩气保护气氛中熔覆制成铁基合金涂层，再经激光重熔制成铁基非晶纳米晶涂层。本发明专利技术制备得到的涂层细小等轴晶组织中元素偏析较小、成分分布均匀，在激光快速重熔后熔池熔体具有较强的玻璃形成能力，利于形成非晶纳米晶组织。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种表面涂层
的方法，具体是一种铁基非晶纳米晶涂层 的激光制备方法。
技术介绍
由于其独特的结构和优异的性能，非晶纳米晶材料引起了人们的极大关注。但由 于其制备和加工困难，非晶纳米晶材料的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，利用表面涂层技术在基体表面制备非晶纳米晶涂层就比较容易实现。在零 部件表面制备铁基非晶纳米晶涂层，不仅成本低，而且可极大提高零部件表面耐磨损和耐 腐蚀的能力，具有广阔的应用前景，已成为当前表面涂层
的研究热点。目前，铁基非晶纳米晶涂层的制备多采用热喷涂技术来实现，主要包括等离子 喷涂技术和超音速火焰喷涂技术。Akira Kobayashi等在《Materials Science and Engineering B》(材料科学与工程B) 2008年第148卷第110-113页上发表的“Fe-based metallic glass coatings produced by smart plasma spraying process，，(智倉泛·离〒 喷涂技术制备铁基金属玻璃涂层)述及一种等离子喷涂技术制备铁基非晶涂层的方法，以 铁基非晶粉末为喷涂材料，利用等离子体喷涂技术，在304不锈钢基板上制备了 200微米厚 的铁基非晶涂层。中国知识产权局2006年2月8日公开的《一种高耐蚀耐磨铁基非晶纳 米晶涂层机制备方法》专利技术专利申请公开说明书中所公开了一种铁基非晶纳米晶涂层的方 法，以铁基多元素非晶态合金粉末为喷涂材料，利用超音速火焰喷涂技术制备出铁基非晶 涂层，然后在500-800°C进行热处理1-4小时使部分非晶组织进化形成纳米晶，最终形成具 有优异耐腐蚀和耐磨损综合性能的铁基非晶纳米晶涂层。热喷涂技术制备铁基非晶纳米晶 涂层时，所使用的喷涂材料为铁基多元素非晶粉末材料，需特殊制备；热喷涂涂层的另一个 共性问题是，涂层不完全致密，存在少量间隙；此外，涂层中纳米晶的形成还需要对涂层进 行后热处理。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种铁基非晶纳米晶涂层的激光制备 方法，以多种单元素粉末或者两元素合金粉末混合为熔覆粉末材料，利用激光加工方法获 得致密的冶金结合的铁基非晶纳米晶涂层。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术通过将激光熔覆金属粉末采用侧轴同 步送粉方式送粉，在氩气保护气氛中熔覆制成铁基合金涂层，再经激光重熔制成铁基非晶 纳米晶涂层。所述的激光熔覆金属粉末是指按照重量百分比依次为28-32% Ni,16-20% Si、 16-20% B、1-2% Nb以及1-4% Cr、Mo或Y，余量为Fe，混合后球磨1小时，得到粒度范围在 75-150微米之间的粉末。所述的熔覆制成铁基合金涂层是指依次设置激光功率5-7KW、光斑直径4_5mm、熔覆速度400-700mm/min、侧轴同步送粉的送粉量为15-30g/min以及侧吹氩气流量 20-30L/min。所述的激光重熔是指在氩气保护气氛中依次设置激光功率12-14KW、光斑直径 2-5mm、扫描速度为8m/min以及氩气流量20_30L/min。通过上述方法制备得到的铁基非晶纳米晶涂层的厚度为200-300微米，微观结构 由非晶基体及其上弥散的纳米晶组成。与现有技术相比，本专利技术的优点包括(a)熔覆粉末由多种单元素粉末或者多种 两元素合金粉末混合而成，可以方便地调整成分，采用合金粉末时可极大降低原材料成本； (c)熔覆涂层经历熔化和凝固过程，致密无气孔；(b)熔覆涂层与基板形成冶金结合，界面 结合强度高；(d)不需要后热处理即可形成铁基非晶纳米晶涂层；(e)本专利技术方法的应用范 围广，通过合理的工艺调整，也可适用于其它非晶纳米晶涂层的制备。附图说明图1为本专利技术实施例1中制备的铁基涂层的透射电镜像与选取电子衍射图。图2为本专利技术实施例2中制备的铁基涂层的透射电镜像与选取电子衍射图。图3为本专利技术实施例3中制备的铁基涂层的扫描电镜图、透射电镜像与选取电子 衍射图。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施 例。实施例1熔覆粉末材料的成分按重量百分比计为29. 5% NiU8% SiU8% B,2% Nb,3% Cr、余下为Fe，粉末的粒度范围为75-150微米。先用激光熔覆在低碳低合金钢CCS-B基板 上制备铁基合金涂层，然后对涂层表面进行激光快速重熔处理。激光熔覆参数为激光功率 5. 5KW、光斑直径5mm、熔覆速度500mm/min、送粉量为20g/min、侧吹氩气流量20L/min。激 光重熔参数为激光功率14KW、光斑直径4mm、扫描速度为8m/min、氩气流量30L/min。如图1所示，涂层组织为在白色基体上分布着黑色的纳米级颗粒相。白色基体的 非晶晕环表明此基体为非晶相，黑色棒状颗粒相的衍射斑点表明此组织为Ni2Si和Cr3B4相 的复合组织。因此，制备的铁基涂层组织为非晶纳米晶复合组织。实施例2熔覆粉末材料的成分按重量百分比计为30. 25% Ni、18% SiU8% B、2% Nb、 1. 5% Y、余下为Fe，粉末的粒度范围为75-150微米。先用激光熔覆在低碳低合金钢CCS-B 基板上制备铁基合金涂层，然后对涂层表面进行激光快速重熔处理。激光熔覆参数为激光 功率5. 5KW、光斑直径5mm、熔覆速度500mm/min、送粉量为20g/min、侧吹氩气流量20L/min。 激光重熔参数为激光功率14KW、光斑直径4mm、扫描速度为Sm/min、氩气流量30L/min。如图2所示，涂层组织为在白色基体上弥散分布着纳米级的黑色颗粒。白色基体 的非晶晕环表明此基体为非晶相，黑色颗粒的衍射斑点表明此组织为Y_(Fe，Ni)。因此，制备的铁基涂层组织为非晶纳米晶复合组织。实施例3熔覆粉末材料的成分同实施例2，按重量百分比计为30. 25% Ni、18% Si、18% B、 2% NbU. 5% Y、余下为Fe ；但和实施例2中加入纯元素粉末不同，本实施例中的熔覆粉末 采用纯铁粉、纯镍粉、硅铁粉、硼铁粉、铌铁粉以及稀土钇基硅铁粉形式加入，原材料成本极 大降低；混合后球磨1小时后，粉末的粒度范围为75-150微米。先用激光熔覆在低碳低合 金钢CCS-B基板上制备铁基合金涂层，然后对涂层表面进行激光快速重熔处理。激光熔覆 参数为激光功率5. 5KW、光斑直径5mm、熔覆速度500mm/min、送粉量为20g/min、侧吹氩气 流量20L/min。激光重熔参数为激光功率14KW、光斑直径4mm、扫描速度为Sm/min、氩气流 量 30L/mino如图3所示，涂层组织致密无气孔，涂层与基板形成冶金结合界面；透射电镜像表 明涂层组织为白色基本上弥散分布着纳米级的黑色颗粒，白色基体为非晶相，黑色颗粒的 衍射斑点表明此组织为Y_(Fe，Ni)。因此，制备的铁基涂层组织为非晶纳米晶复合组织。 经测定，非晶纳米晶复合组织涂层的硬度值达到了 1380HVa5，极大提高了耐磨损性能。权利要求一种，其特征在于，通过将激光熔覆金属粉末采用侧轴同步送粉方式送粉，在氩气保护气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁基非晶纳米晶涂层的激光制备方法，其特征在于，通过将激光熔覆金属粉末采用侧轴同步送粉方式送粉，在氩气保护气氛中熔覆制成铁基合金涂层，再经激光重熔制成铁基非晶纳米晶涂层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张培磊，李铸国，黄坚，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31