[发明专利]多重腐蚀防护功能的高非晶铝基金属玻璃涂层及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属玻璃涂层技术领域，特别涉及一种铝基金属玻璃涂层的制备方法，利用活性燃烧高速燃气喷涂技术在轻合金基体上制备高非晶含量的铝基金属玻璃涂层，能够应用于多种复杂的腐蚀环境。

背景技术

与传统晶态材料相比，金属玻璃具有许多优异的性能，如高强度、高硬度、大弹性应变极限、高耐腐蚀性以及优良的磁性等。而且由于其独特的组织结构、高效的制备工艺、良好的材料性能和广阔的应用前景，目前在材料科学和产业界备受关注。但普通非晶态材料由于临界冷却速度很高(～10⁶K/s)，因此大多只能制备出厚度在微米量级的条带或粉末状样品，大大限制了其应用范围。相对而言，制备金属玻璃涂层的过程比较容易实现，而与传统涂层相比，金属玻璃涂层在强度、韧性、抗蚀、耐磨、热障和抗疲劳等方面会有显著改善，在一些涂层中兼具上述多种性能。在众多的制备金属玻璃涂层的工艺中，喷涂技术具有明显的竞争力，能够高效的制备出质量优异的功能涂层。

轻合金(Al、Mg合金)尽管储量丰富、性能优异，但其由于其低的电负性使合金耐蚀性能较差，因此作为结构材料至今仍未得到大规模应用。而在轻质镁、铝合金零部件上的腐蚀及表面损伤通常会诱发断面减薄、强度降低、应力腐蚀开裂等问题，导致装备性能大幅下降，严重影响了装备的使役安全。上述轻合金表面损伤的主要原因在于采用的表面防护层不能满足使役需求，常用的表面防护层应用较多的是热喷涂层，以往的热喷涂层属于多晶合金，孔隙率较高，在强腐蚀介质中效果较差，尤其是应用在高温、高湿、高盐雾的海洋环境的镁合金及强硝酸环境的铝合金。采用热喷涂制备的金属玻璃涂层则具有更大的优势：抗腐蚀、抗磨损、抗高温能力强、孔隙率小，无需封孔剂，尤其对镁、铝合金的表面腐蚀防护具有更显著的效果。

目前国内外对金属玻璃涂层材料的研究集中在镍基体系、铁基体系及钼基体系，而对铝基金属玻璃的研究较少。一方面由于铝基金属玻璃其非晶形成能力有限，属于边缘金属玻璃体系，因此较难制备高性能的非晶态铝合金材料；另一方面通常采用热喷涂进行金属玻璃涂层的制备，而非晶态铝合金材料在热喷涂中由于热输入大而导致涂层形成过程的氧化、晶化，对涂层性能造成影响。相比普通铝合金材料，大部分铝基非晶态合金具有低密度、高模量，拉伸强度超过1000MPa，由于其化学成分均匀，几乎无晶界、位错等；能固溶大量耐蚀组元，因此制备的涂层具有高温性能、高韧性和耐蚀的特点，因此铝基金属玻璃涂层具有重要的研究意义和广阔的应用前景。

为了减小采用常规热喷涂(如电弧喷涂、等离子喷涂)制备金属玻璃涂层过程中造成涂层结合强度低、易剥落，非晶程度低及由于孔隙率高而导致的耐腐蚀性能差的问题，已有研究者采用活性燃烧高速燃气喷涂技术制备涂层。如专利号为201010575897.2的发明专利提供一种铁基非晶涂层的制备方法，利用该方法制备出独特无磁性的铁基非晶涂层。此方法用于制备铁基非晶涂层具有很高的硬度，致密的结构，低的氧含量及优异的耐蚀性。其采用的喷涂技术应用于铁基涂层的制备能得到较好质量的非晶涂层，但由于喷涂铝基涂层对喷涂条件和工艺要求严格，因此该专利提供的技术方案不能应用于喷涂铝基非晶涂层。对于铝基非晶涂层的研究，金属学报，2012，48(3)：289-297报道，梁秀兵等人采用自动化高速电弧喷涂系统，用自行研制的粉芯丝材制备出Al-Ni-Y-Co非晶纳米晶涂层。但所制备的涂层孔隙率较高，影响涂层的耐蚀性能，且耐腐蚀性能仅考虑在5％NaCl溶液中，腐蚀性能的考虑不全面；结合强度低仅为26.8MPa；而对于电弧喷涂中造成材料的晶化和相变研究者均未作考虑，因此采用电弧喷涂技术制备铝基金属玻璃涂层仍存在技术难点。

铝基金属玻璃涂层中的非晶含量对于涂层的质量有重要影响，非晶含量不仅影响涂层的力学性能，而且影响涂层的耐磨耐蚀性能。因此，需要在涂层制备过程中调整试验工艺以降低涂层形成过程的晶化程度，从而制备出兼有优异力学性能的强耐蚀铝基金属玻璃涂层。

发明内容

本发明采用活性燃烧高速燃气喷涂技术，针对现有制备铝基金属玻璃涂层技术存在的缺点以及制备的涂层非晶含量低、耐蚀性能较差的问题，本发明提供了制备铝基金属玻璃涂层的工艺和参数，制备出具有力学性能好、非晶含量高、具有优良的耐盐溶液(NaCl)、盐酸(HCl)及硝酸(HNO₃)腐蚀性能的金属玻璃涂层。