[发明专利]一种制备铁基非晶和纳米晶涂层的方法

说明书

一种制备铁基非晶和纳米晶涂层的方法，属于金属表面工程技术领域。所述方法以单质粉末铁粉、铬粉、硼粉、硅粉、铌粉为原料，把粉末和硬质合金球放到球磨罐中进行球磨，充分混合，再加入有机粘结剂，利用圆柱形模具，压制成棒状，得到复合材料棒，常温自然干燥后，再采用干燥箱烘干，然后利用氩弧焊机钨极产生的电弧热把复合材料棒熔覆于放置在低温槽中的金属基体表面，凝固后即得到铁基非晶和纳米晶涂层。本发明的涂层与金属基体结合良好，纳米晶颗粒分布均匀；该技术工艺简单，操作容易，设备价格低；与激光熔覆制备的非晶和纳米晶涂层相比，氩弧熔覆复合材料棒制备非晶和纳米晶涂层具有操作简单、粉末利用率高、降低生产成本等特点。

技术领域

本发明属于金属表面工程技术领域，具体涉及一种制备铁基非晶和纳米晶涂层的方法。

背景技术

材料磨损和腐蚀造成的损失高达国民经济总产值的9.5%，而通过表面工程技术在传统材料表面获得非晶和纳米晶涂层，可显著提高材料的耐磨抗腐蚀性能，其应用潜力巨大，已成为表面工程技术领域研究的热点。铁基非晶和纳米晶涂层由于具有耐腐蚀、耐气蚀、抗磨损、摩擦系数小、可加工性强、成本低等特点，广泛应用于石油、天燃气、化工、水电、核电、汽车、矿山机械、海洋工程等领域防腐、耐磨及修复。目前，制备铁基非晶和纳米晶涂层的方法通常采用激光熔覆、等离子熔覆、喷涂（热喷涂、超音速喷涂）等方法，但这些方法存在设备昂贵、操作复杂等问题，导致生产成本增加，在推广应用方面受到限制。因此需要开发一种低成本、高性能的非晶和纳米晶制备方法。氩弧熔覆技术是近年来表面熔覆技术研究的热点，其电弧能量介于自由电弧和压缩电弧之间，冷却速率较快，可实行手工操作和机械操作，灵活度高。采用氩弧熔覆技术，熔化复合材料棒制备非晶和纳米晶涂层的方法，投资运行费用低，操作简单、稀释率小，形成涂层结合强度高，且能节省原材料等优点，对激光熔覆和等离子熔覆难以实现的复杂大工件的涂层制备，如高压阀阀座等产品可利用氩弧熔覆进行实现。氩弧熔覆技术制备的非晶和纳米晶涂层具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的制备成本高、涂层质量不稳定的问题，提供一种制备铁基非晶和纳米晶涂层的方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种制备铁基非晶和纳米晶涂层的方法，以单质粉末铁粉、铬粉、硼粉、硅粉、铌粉为原料，所述的铁粉、铬粉、硼粉、硅粉、铌粉的质量份数比为（64-2X）：13：（2X+16）：3：4，其中X取1、2或3，把所有单质粉末和硬质合金球一起放到球磨罐中进行球磨，充分混合，球磨过程中利用氩气进行保护；向混合均匀的单质粉末和硬质金属球中加入有机粘结剂，有机粘结剂加入量为每100g单质粉末中加入10g有机粘结剂，利用圆柱形模具将合金粉末压制成棒状，得到复合材料棒，复合材料棒常温自然干燥后，采用干燥箱进一步烘干，干燥箱烘干温度为120~150℃，烘干时间为1~2h，然后利用氩弧焊机钨极产生的电弧热把复合材料棒熔覆于放置在低温槽中的金属基体表面，熔覆过程中利用氩气进行保护，凝固后即得到铁基非晶和纳米晶涂层。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

本发明在低温环境下制得的涂层与金属基体结合良好，形成的纳米晶颗粒更为均匀、细小；该技术工艺简单，操作容易，设备价格低；与激光熔覆制备的非晶和纳米晶涂层相比，氩弧熔覆复合材料棒制备非晶和纳米晶涂层具有操作简单、粉末利用率高达90%以上等特点；本发明采用氩弧焊机设备作为热源，相比其他制备设备具有更低的价格优势。

附图说明

图1为本发明制备的铁基非晶和纳米晶涂层的X射线衍射图谱，2θ指的是衍射角；

图2为本发明制备的铁基非晶和纳米晶涂层与基体结合的场发射SEM（扫描电子显微镜）照片；

图3为本发明制备的铁基非晶和纳米晶涂层显微组织的场发射SEM（扫描电子显微镜）照片。

具体实施方式