[发明专利]一种用于电弧喷涂制备含非晶相涂层的含磷铁基粉芯丝材及涂层制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工工程中的热喷涂领域，是一种利用电弧喷涂工艺制备含非晶相涂层的铁基含磷粉芯丝材，该发明主要应用于防腐蚀、耐磨损等各个工业领域。

背景技术

机械零件大多数是用金属材料制造的，在使用中由于相配合零件表面的相互作用会引起磨损；零件的金属表面由于大气的影响发生化学或电化学的作用而导致腐蚀。有时两种现象同时发生，称为磨蚀。随着现代工业和科学技术的发展，机械零件经常处于异常复杂和苛刻的条件下工作，大量机械设备往往因磨损、腐蚀或磨蚀而破坏。

非晶态合金由于与各种传统材料相比具有更为优异的物理、化学、力学性能及精密成型性，在航空航天器件、精密机械、信息等高科技领域发挥重要的作用。但是，单相块体非晶合金的断裂表现为无宏观塑性变形的脆性断裂，极大的影响了非晶合金的工程应用。鉴于晶体材料中位错受第二相的阻力而增殖的原理，在非晶合金中引入具有不同强度和弹性模量的第二相，阻碍单一剪切带的滑移，促使多剪切带的产生和滑移，是目前提高非晶合金塑性的一种有效的方法。

非晶合金基复合材料的制备原理就是在非晶合金中引入第二相，改变非晶合金的结构来控制剪切带的产生和扩展，以提高非晶基体的韧性、强度和硬度。目前，以力学性能为主的非晶合金基复合材料的制备方法一般有内生复合和外加复合两种。其中内生复合法有非晶晶化法、急冷铸造法和原位反应法，外加复合法有压铸法和液态浸渗铸造法，这些方法的一个显著特点就是工艺繁复，设备复杂，经济成本高。相对而言，采用热喷涂方法制备非晶合金基纳米复合材料是近年来材料科学中广泛研究的一个新领域。等离子喷涂、爆炸喷涂、超音速火焰喷涂等热喷涂工艺设备复杂，成本高，不适宜原位大面积现场施工，且喷涂原材料粉体制备复杂。而电弧喷涂具有设备简单，操作方便，喷涂材料制备方便、经济，可以实现原位大面积喷涂等优点，作为最有希望的大面积非晶合金基复合涂层制备方法之一，已开始引起广泛关注。本发明利用电弧喷涂快速冷却的特点进行非晶涂层的制备，赋予材料表面新的性能，以达到大幅度提高金属结构构件和装置部件在严酷的腐蚀磨损环境中的使用性能、延长服役寿命的目的。为节约材料、降低使用成本、提高经济效益做出应有的贡献。

经检索，目前未见用于电弧喷涂制备含非晶相涂层的含磷铁基粉芯丝材的专利报道。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服传统非晶涂层脆性大，不适合工程应用的缺点，提供一种用于电弧喷涂制备含非晶相涂层的含磷铁基粉芯丝材，用本发明的粉芯丝材制备的电弧喷涂含非晶相涂层，涂层硬度高、耐磨性能好，具有良好的力学性能，能提高金属结构构件和装置部件在严酷的腐蚀磨损环境中的使用性能、延长服役寿命。

本发明的一种用于电弧喷涂制备含非晶相涂层的含磷铁基粉芯丝材，其特征在于：丝材外皮所用钢带材为304L不锈钢带；粉芯丝材填充率：33％。粉芯丝材各元素原子百分比为：Cr：10-20at.％；P：1-10at.％；B：15-25at.％；C：3-4at.％；Fe：余量。

优选所述粉芯丝材各元素原子百分比为：Cr：13-20at.％；P：2-10at.％；B：16-25at.％；C：3-4at.％；Fe：余量。

进一步优选所述粉芯丝材各元素原子百分比为：Cr：13-15at.％；P：2-6at.％；B：16-22at.％；C：3-4at.％；Fe：余量。

采用本发明上述的粉芯丝材制备一种含非晶相含磷铁基涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：对基体表面进行预处理：基体表面经粒度180目砂纸预磨后，利用粒度为60目棕刚玉进行喷砂处理，气压0.5-0.6MPa，时间20s。

步骤2：将粉芯丝材轧制，最终获得直径为2.0mm的粉芯丝材，允许正负公差在0.03mm以内。

步骤3采用电弧喷涂工艺制备涂层。喷涂工艺参数为：电压25-34V；电流180-220A；喷涂距离：190-210mm；压缩空气压力：0.4-0.6MPa，制备涂层。

步骤3所述喷涂工艺进行优化，将喷涂工艺参数设定为：电压30-32V；电流190-200A；喷涂距离：200mm；压缩空气压力：0.5-0.6MPa。