[发明专利]一种无磁高耐蚀耐磨非晶钢涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有强玻璃形成能力的铁基合金成分，以及制备该种非晶合金涂层的技术方法，具体为一种无磁高耐蚀耐磨非晶钢涂层的制备方法。

背景技术

在现代先进船舶的设计中，对其壳体材料提出了更高的要求：

(1)无磁性：降低磁信号；

(2)高强度：抗水下爆炸及碎片冲击；

(3)高耐腐蚀性：每年海军腐蚀损失高达20亿美元；

(4)高耐摩擦、磨损性；

与常规多晶金属材料相比，非晶态合金(亦称金属玻璃)呈现出长程无序、短程有序的结构特性，具有许多优异的力学和物理性能，如：高强度、耐腐蚀、耐磨性、良好的磁性能等，具有巨大的潜在应用前景。其中，铁基非晶合金自1967年诞生以来，由于其独特的物理性质而受到极大关注。在1995年，日本Inoue教授首次制得Fe基大块体非晶。2002年，美国知名科学家Poon和Liu同时发现通过微量添加稀土元素(Y/Ln)极大地提高了Fe基非晶合金的形成能力，为其走向应用开拓了新的契机。由Poon提出的无磁性非晶钢也在此时得到了飞跃发展。

对无磁性非晶钢的研制，人们主要解决了两个问题，即：抑制铁的磁性和提高玻璃形成能力。为此在元素的选择上首先考虑了能很好抑制铁磁性的Mn和Cr，Mo等，但由于Cr元素的加入降低Trg，不利于玻璃形成能力的提高，故选择了Mn，Mo元素。又充分考虑了玻璃形成能力、力学性能、腐蚀性能，制备出了高的锰含量的无磁性非晶钢。这类非晶钢Cr含量一般都很低，即使有较高的Mo含量，其耐腐蚀能力很有限，因为不能生成高质量的富铬钝化膜。但一般具有较好的力学性能，这种高锰非晶钢维氏硬度达到1200～1500DPN，拉伸强度可达3GPa，杨氏模量210GPa。后来，研究发现Y/Ln元素的微量加入可明显地提高铁基合金的玻璃形成能力，发展了Fe-Cr-Mo-(Y，Ln)-C-B体系非晶钢。这类非晶钢一般Cr，Mo含量均超过10％，腐蚀性能优于前一种。力学性能也不差，该类非晶钢具有高的弹性模量(180～200GPa)和显微硬度(～13GPa)。

然而非晶钢有一个致命的弱点即脆性，作为结构材料走向工程化应用受到了极大的限制。基于非晶态合金具有非常低的摩擦系数、良好的热导性、高的结合力与抗热循环能力等特性，使其在表面工程领域(尤其是非晶涂层)的应用更具魅力。2000年6月，美国国防部的“DARPA”(The Defencse Advanced Research ProjectsAgency)启动名为“SAM”的重大研究项目，将高性能非晶态涂层的研究与应用列为重点。开发具有我国自主知识产权的高性能无磁耐蚀耐磨非晶钢涂层具有重大的战略意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无磁高耐蚀耐磨非晶钢涂层的制备方法，解决Fe基大块非晶合金存在的脆性大，作为结构材料走向工程化应用受到限制的问题，使大块非晶合金在表面工程领域(尤其是非晶涂层)的应用成为可能。

本发明的技术方案是：

本发明铁基非晶合金涂层，利用了最新发展起来的具有高的玻璃形成能力(块体样品临界直径～9mm)的Fe基大块非晶合金成分，由下述元素组成(原子百分比)：

Cr  14-16；

Mo  13-15；

C   14-16；

B   5-7；

Y   0-2；

Fe  余量。

首先，按所需成分用真空感应熔炼的方法制得母合金；然后，采用气体雾化技术制备非晶合金粉末，气体雾化的具体工艺参数为雾化压力4～6MPa，雾化温度1100～1300℃。粉末粒度为：+16-45μm；再采用超音速(High Velocity Oxgen Fuel，HVOF)热喷涂技术，具体工艺参数为煤油和氧气的压力分别150～170psi、170～190psi，送粉速度为20～65g/min，距离为200～400mm，枪管长度4～6英寸，制备出铁基非晶合金涂层，涂层厚度为300μm-600μm。由于在喷涂过程中的晶化和氧化，其非晶相体积含量约为：70％～85％。

本发明的优点及有益效果如下：