[发明专利]一种铁基非晶粉末及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于材料加工工程的热喷涂领域，具体涉及一种铁基非晶粉末及其制备方法和应用。

背景技术

水轮机、水泵等水力机械过流部件在海洋环境中往往受到空蚀、腐蚀等因素的综合作用，使过流部件的表面金属流失、形成具有凸起和坑洞的蜂窝状表面，导致水力机械的工作效率降低，使用寿命减短。目前，在过流部件表面涂覆涂层以提高工件使用性能的方法受到了人们广泛的关注。

非晶态材料由于具有完全均一的组成，因此表现出一系列优异的物理性能、机械性能、成型性能以及化学性能，如具有高磁导率、低矫顽力、高弹性极限、优良的超塑性变形能力、良好的抗空蚀性能和耐腐蚀性能等。其中，铁基非晶自其开发以来就受到了广泛的关注，这是因为铁基非晶不但具有超高的强度和硬度、优异的抗空蚀性能和耐腐蚀性能，而且由于相对丰富的资源而大大地降低了制备非晶材料的成本。但是，由于受到非晶形成能力的限制，目前大厚部件铁基非晶仍不易制备，并且块状铁基非晶合金在拉伸载荷的作用下的宏观塑形变形能力很低，这些情况都限制了铁基非晶的应用。

然而，若将脆性的铁基非晶合金以涂层形式涂覆在基体表面，那么非晶合金的脆性会大大改善，而非晶合金良好的抗空蚀和耐腐蚀性能仍可以得到发挥。热喷涂是目前制备非晶涂层最常用的工艺手段，其中超音速火焰（HVOF）喷涂由于具有高速和相对较低的温度这两个特征，获得的涂层往往具有更高的结合强度、密度和硬度，同时涂层中的氧化物含量也大大降低，而这些都有利于提高热喷涂涂层的使用性能。

采用热喷涂工艺制备铁基非晶涂层由于具有效率高、质量好等特点，引起了国内外学者的广泛关注，但是由于粉末成分设计的不尽合理，所制备的非晶涂层往往含有较多的晶相。比如崔崇等利用HVOF喷涂制备了FeCrNiMoSiPB非晶涂层，涂层中含有α-Fe、Ni₃P等晶相（《热喷涂技术》 2009 1(1): 49-52）；李飞等利用HVOF喷涂制备了FeCrMoYCB非晶涂层，涂层中含有FeCr、Fe₂B等晶相（《粉末冶金材料科学与工程》 2012 17(2): 202-206）；柳林等利用活性燃烧高速燃气火焰喷涂技术制备了FeCrMnMoWSiCB非晶涂层，涂层中含有α-Fe、Fe_1.88B_0.12等晶相（柳林，郭瑞强，张诚；一种铁基非晶涂层的制备方法：中国. 201010575897.2 [P]. 2010-12-07）。非晶涂层中晶体的界面往往成为空蚀、腐蚀的薄弱点，使整个涂层的性能极大降低，因此通过合理的成分设计和工艺来制备一种晶相含量极少甚至不含晶相的铁基非晶材料具有重要的理论与实际意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种铁基非晶粉末及其制备方法和应用，制备的涂层非晶含量极高，非晶结构的热稳定性好，几乎不含有氧化物，具有优异的抗空蚀和耐腐蚀性能、制备成本低等特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种铁基非晶粉末，所述粉末由以下元素组成，各元素重量百分比范围如下：17-23wt% Cr、2.7-4.5wt% B、0.3-1wt% C、0.5-2.5wt% Si、2-3wt% Cu、3-8wt% Ni、12-18wt% Mo、2-4wt% Co、余量为Fe。

所述的铁基非晶粉末优选各元素重量百分比为：20wt% Cr、4.5wt% B、0.625wt% C、1.875wt% Si、2.5wt% Cu、5wt% Ni、15wt% Mo、3wt% Co、余量为Fe。

所述的一种铁基非晶粉末的制备方法，包括如下步骤：

1）将原料加入感应电磁炉加热熔化；

2）对熔化的金属液进行水雾化，然后干燥、筛分粉末。

步骤1）中，所述的原料为块体材料，包括低碳铬铁、高碳铬铁、钴、电解铜、电解镍、硅铁、钼铁、硼铁、碳化硼和铁。

步骤1）中加热熔化的温度范围为2300-2400 ℃，优选2350 ℃；

步骤1）中原料放置时，将熔点高的原料放在下部、熔点低的放在上部，可以有效利用下部不易散发的热量，同时降低熔点低的材料中元素的烧损。

步骤2）中，雾化气压为8-10 MPa，优选10 MPa。

所述的一种铁基非晶粉末的制备方法，具体为：

1）将上述块体原料按计算的配比加入感应电磁炉，熔点高的放在下部、熔点低的放在上部，加热到2350 ℃使材料全部熔化；