[发明专利]一种低孔隙率和高非晶度的铝基非晶涂层及其制备装置和制备方法

说明书

本发明公开了一种低孔隙率和高非晶度的铝基非晶涂层及其制备装置和制备方法，属于非晶合金涂层技术领域。本发明采用铝基非晶合金成分体系(Al‑TM‑RE)，粉末粒径5‑25μm，采用本制备技术制备获得的铝基非晶‑纳米晶合金涂层，提高了喷涂过程中高速液流碰撞基板后的冷却速率，所获得的涂层兼具高耐磨、耐蚀的特性，非晶度超过85％，涂层厚度100μm‑250μm、孔隙率≤0.5％、结合强度≥40MPa，同时在5000s内磨损量≤0.25mm³，涂层硬度≥350HV，并且在3.5wt.％NaCl溶液中点蚀电位≥‑0.3VSCE，具有很强的抗局部腐蚀能力。

技术领域

本发明涉及非晶涂层技术领域，具体涉及一种低孔隙率和高非晶度的铝基非晶涂层及其制备装置和制备方法。

背景技术

铝合金材料作为轻质金属材料中的佼佼者，其在航空航天以及军事等领域应用广泛，铝合金材料可以大幅度降低装备的自身重量并提高装备的机动性能及整体战技性能，且其成本低廉，是极具市场潜质的工程构件材料，深受各国科学家的喜爱。

而对比传统铝合金材料，铝基非晶合金具有远超于传统铝合金的性能，例如低密度、高强度、高韧性、超塑性和优异的耐蚀性等一系列优点，是一种应用前景更加广阔的新型金属材料。然而其有限的非晶形成能力极大地限制了它的发展应用，且铝基非晶合金室温下塑性变形能力较差，这都限制了其作为结构材料的应用。因此，通过喷涂制备技术获得铝基非晶涂层是解决上述问题的一种有效途径，铝基非晶涂层可保持铝基非晶合金良好的耐磨性能，并同时兼具高硬度、高耐蚀性能，是舰船防护以及其他苛刻环境要求下的最佳选择。

而目前制备铝基非晶合金涂层的主要技术即是超音速火焰喷涂(HVAF)，HVAF提高了熔滴射流速度和降低了颗粒的过热程度，更容易得到具有非晶结构的涂层。目前通过HVAF制备的铁基非晶涂层具有孔隙率低、髙硬度、涂层与基体结合强度高、抗磨损性好等优点，但是针对形成能力极低的铝基非晶涂层的制备，如何保证液流的冷却速率超过临界值，获得高非晶度的铝基非晶涂层，同时保证铝基非晶涂层具备低孔隙率及高耐磨等性能，一直是铝基非晶合金涂层制备的难点。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明的目的在于提供一种低孔隙率和高非晶度的铝基非晶涂层及其制备装置和制备方法，所制备的涂层兼具高耐磨、耐蚀的特性，该制备技术通过设计基板旋转结构，保证在喷涂过程中高速液流与基板接触后，通过基板的高速旋转来实现液流的充分散热，使液流的冷却速率超过形成铝基非晶合金的临界冷却速率，大幅提高涂层的非晶度。同时，旋转基板的安装角度及旋转线速度的控制又能提高液流的利用率，降低涂层的孔隙率，同时保持高耐磨耐蚀以及高硬度性能。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种低孔隙率和高非晶度的铝基非晶涂层的制备装置，该装置为喷涂设备，该喷涂设备包括喷涂基板和旋转杆，所述喷涂基板平行于旋转杆轴向且能够以旋转杆为轴进行旋转运动。

所述喷涂设备还包括连接杆、旋转杆升降装置、旋转装置和喷枪；其中：所述喷涂基板通过连接杆固定在旋转杆上，连接杆垂直于旋转杆和喷涂基板；所述旋转杆升降装置用于调整旋转杆的高度，所述旋转装置用于控制旋转杆并使喷涂基板按照设定的线速度进行旋转运动；所述喷枪内开设气体通道和射流通道，高速射流熔液经喷枪内的射流通道喷射到喷涂基板上。

所述连接杆的一端固定(通过固定卡口)于所述旋转杆上，另一端设有垂直于连接杆轴向的不锈钢板，所述喷涂基板通过螺柱固定于不锈钢板上。

所述喷涂基板的数量为优选为6个，围绕旋转杆呈等高度和等角度分布；所述连接杆为不锈钢材质，长度为50mm；每个喷涂基板宽度为20mm。