[发明专利]一种镍基非晶合金粉末和镍基非晶复合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面涂层技术领域的材料及方法，尤其涉及一种具有强非晶形成能力的镍基非晶合金粉末，以及镍基非晶复合涂层的激光制备方法。

背景技术

非晶态合金又称为金属玻璃，具有长程无序、短程有序的亚稳态结构特征。与传统的晶态合金相比，非晶合金具备很多优异的性能，如高强度、高硬度、耐磨和耐腐蚀等，因而引起人们极大的兴趣。目前，非晶合金材料还没有大范围推广应用，主要是其制备工艺过程难以控制，在实际中很难制备大块非晶材料，其应用主要被限制在薄带、细丝、粉末等低维度形状上，另外，非晶材料的本征脆性也在一定程度上限制了其应用，在绝大部分条件下不能作为结构材料使用。通过表面工程技术在传统材料表面获得一层非晶涂层可以大大提高其表面硬度、耐蚀及耐磨性能，在材料表面改性领域具有十分巨大的潜在应用价值，目前受到国内外学者的广泛重视，是当前表面工程技术领域研究的热点之一。

目前，非晶纳米晶涂层的制备方法主要有物理气相沉积法（PVD）、溅射法、辉光放电、离子注入、电化学沉积法和热喷涂技术等来实现。这些技术在一定程度上促进了非晶涂层的发展，但又存在一定的局限性。例如，物理气相沉积法仅能得到博得沉积膜，而且沉积速度比较慢，效率低；热喷涂技术所得涂层不完全致密，存在少量间隙，并且涂层中纳米晶的形成还需要对涂层进行后热处理。关于非晶纳米晶涂层的制备也有相关报道。例如，中国知识产权局2010年8月6日公开的《铁基非晶纳米晶涂层的激光制备方法》发明专利申请公开说明书中公开了一种铁基非晶纳米晶涂层的激光制备方法，以铁、镍、硅、硼和铌等单质元素粉末混合后作为熔覆粉末成分，利用CO₂激光熔覆技术在低碳钢表面制备出铁基非晶涂层，最终形成具有高硬度和优异耐磨性能的铁基非晶纳米晶涂层。在采用CO₂激光进行制备时，由于激光热量分布为高斯分布，不可避免的会造成母材的大量熔化提高熔覆层的稀释率而改变其名义成分，最终导致涂层的非晶含量较低；同时，由于采用的粉末为单质元素混合，容易导致在激光熔覆时Si、B和Nb等易氧化单质元素的烧损，也会导致涂层的非晶含量降低。并且，镍基涂层由于其具有更好的塑韧性结合，因此制备镍基非晶复合涂层也比制备铁基非晶纳米晶涂层更可能实现工程应用。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种镍基非晶合金粉末及其制备方法，并提供一种镍基非晶复合涂层的激光制备方法。以镍、铁、硼、硅和铌等单质混合并在氩气保护下雾化成非晶合金粉末，利用激光加工方法获得致密的冶金结合并具有较高非晶体积含量的镍基非晶复合涂层。

本发明提供了一种镍基非晶合金粉末，其特征在于，按重量百分比计量其成分为，包括30-33%Fe、3-5%B、5-7%Si，7-9%Nb，余为Ni。

所述粉末为球形、近球形或类球形。

所述粉末为完全非晶态或者晶化体积分数小于10%。

所述粉末的粒度为100目~350目。

一种如上所述的镍基非晶粉末的制备方法，按所述合金成分进行配料，将配好的原材料预热后装入电炉中熔化，待温度升至1450~1550℃时加入脱氧剂，排气、清渣，然后加入稀土合金，搅拌后静置3~5分钟出炉，将合金液注入脂粉装置中，在惰性气体保护下或者真空状态下雾化合金，将合金制备成100~350目粉末。

优选地，所述惰性气体为氩气。

一种如权利要求1所述的镍基非晶粉末复合涂层的激光制备方法，其中，在激光熔覆时将镍基粉末经同轴送粉的方式送粉，在氩气保护气氛中熔覆制成镍基合金熔覆层，再经激光重熔制备成镍基非晶复合涂层。

优选地，所述的激光熔覆制备镍基涂层是指：设定激光功率为700W~900W，光斑为3.3mm×2mm的长方形，激光扫描速度为0.36m/min，送粉量为12g/min，保护气流量为12~15L/min。

优选地，所述的激光重熔是指，在重熔时选用的激光功率为3500W，氩气保护气流量为15L/min，重熔时激光扫描速度为6m/min~9m/min。

一种镍基非晶复合涂层，其中，其非晶体积含量较高，微观结构由非晶基体及γ(Fe,Ni)相和NbC晶体相等组成。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过将雾化所得非晶合金粉末采用同轴送粉的方式送粉，在氩气保护气氛中在低碳钢表面制成镍基合金涂层，再经激光重熔制成镍基非晶复合涂层。