[发明专利]一种用于高速电弧喷涂技术制备Al-Ni-Zr-Cr非晶涂层的粉芯丝材

说明书

本发明公开了一种用于高速电弧喷涂技术制备Al‑Ni‑Zr‑Cr非晶涂层的粉芯丝材，其特征在于，所述的粉芯丝材外皮为纯铝带；所述的粉芯占丝材的质量百分比为32‑40％；所述粉芯的各组分及其质量百分比为：16‑24％Ni、8‑14％Zr、0‑8％Cr。制备方法是：第一步，将纯铝带轧制成U形；第二步，按照粉芯各组分质量百分比称重配料，将所取的粉末放入混粉机内混合；第三步，将混合均匀的粉末按加粉系数为32‑40％加入U形铝带槽中，再将U形铝带槽合口，使粉末包覆其中；最后经多道拉丝减径至直径为2.0mm的粉芯丝材。所述粉芯丝材具有较强的非晶形成能力，采用高速电弧喷涂技术制备的涂层非晶含量较高，具有较高的硬度，兼具防腐与耐磨双重功能，可为海洋装备钢结构件及轻合金零部件提供有效的表面防护。

技术领域

本发明属于材料加工工程专业表面处理技术中的热喷涂领域，涉及的是一种用于高速电弧喷涂技术制备Al-Ni-Zr-Cr非晶涂层的粉芯丝材，主要应用于海洋腐蚀环境下服役的装备钢结构件及轻合金零部件的表面防护。

背景技术

铝基非晶合金具有优异的耐腐蚀性能、良好的韧性、高强度等优点，成为本世纪科研工作者重点关注的对象之一。非晶没有晶界等缺陷，可阻碍腐蚀介质的侵蚀，而且非晶材料本身具有较高的强度和硬度，赋予了非晶材料优异的综合性能。当非晶发生部分纳米晶化后，析出的纳米粒子可进一步提高材料的强度，而且纳米晶粒比表面积较大，可促进纳米钝化膜的形成，延缓腐蚀进程。因此，这种纳米晶粒弥散分布于高体积分数的非晶母相中的复合结构，使材料兼具防腐与耐磨双重功效。但是，由于铝基非晶合金属于边缘非晶合金，玻璃形成能力较差，采用传统非晶合金制备工艺难以制备出具有高非晶含量的块状非晶合金，因此限制了该类材料的大规模应用。此外，传统防腐用合金涂层多为Al、Zn、ZnAl等软质涂层，硬度低、耐磨性能差，具有静态防腐性能良好、动态防腐性能不佳的缺陷。因此，为了拓宽铝基非晶合金的材料体系和应用范围，采用高速电弧喷涂技术制备铝基非晶合金涂覆层，并在金属表面动态防腐领域加以推广应用也是一种较为合适的选择。

高速电弧喷涂技术符合材料制备与成形一体化思路，具有快速凝固的技术特征，可提供大于10⁵K/s的冷却速度，能够满足非晶合金形成的技术要求。目前采用高速电弧喷涂技术制备铁基非晶涂层的技术已较为成熟，但是在采用该技术制备高非晶含量的铝基涂层方面的报道较少。已有报道中，仅有装甲兵工程学院、河海大学两家单位涉及。其中，Al-Ni-Mm-Co(申请号为201310260182.1的中国专利)、Al-Ni-Y-Co(《金属学报》2012，48(3)289-297)等非晶纳米晶涂层材料的粉芯丝材中含有稀土元素，导致其制备成本相对昂贵，而且形成的涂层中非晶含量相对较低、晶体含量偏高，因此无法体现出涂层中非晶的性能优势；Al-Si-Ni-Fe(申请号为201410625058.5的中国专利)非晶纳米晶涂层中加入了耐蚀性较差的Fe元素，严重影响了涂层整体的防腐性能。因此，针对上述问题，研发成分简单可用于高速电弧喷涂技术制备高非晶含量铝基涂层的粉芯丝材，具有重要的社会和经济意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝基粉芯丝材，利用高速电弧喷涂技术采用所述铝基粉芯丝材可制备出非晶含量高、防腐耐磨性能优异的铝基非晶涂层。

本发明提供的一种用于高速电弧喷涂技术制备Al-Ni-Zr-Cr非晶涂层的粉芯丝材，其特征在于，所述粉芯丝材采用纯铝带包裹粉芯；所述的粉芯占丝材的质量百分比为32-40％；所述粉芯的各组分及其质量百分比为：Ni 16-24％、Zr8-14％、Cr 0-8％。

优选地，所述的粉芯占丝材的质量百分比为32％；所述粉芯的各组分及其质量百分比为：Ni 16％、Zr 8％、Cr 8％。

优选地，所述的粉芯占丝材的质量百分比为36％；所述粉芯的各组分及其质量百分比为：Ni 24％、Zr 12％。

优选地，所述的粉芯占丝材的质量百分比为40％；所述粉芯的各组分及其质量百分比为：Ni 20％、Zr 14％、Cr 6％。