[发明专利]一种在超音速火焰喷涂技术中优化铁基非晶涂层性能的方法

说明书

本发明公开了一种在超音速火焰喷涂技术中优化铁基非晶涂层性能的方法，属于超音速火焰喷涂技术领域。该方法是在利用超音速火焰喷涂制备铁基非晶涂层的过程中，使粉末颗粒撞击基板前的温度处于铁基非晶的固相线和液相线温度之间，使非晶粉末颗粒处于半熔化状态，颗粒在基板上具有良好的流动性，制备涂层的孔隙率最低、致密性最高。保证颗粒温度在T_S和T_L之间的基础上，粉末颗粒撞击基板前的速度越大，所制备的非晶涂层孔隙率越低。由此选择最优枪管长度210mm‑240mm，枪管口径12mm‑14mm。该方法制备了低孔隙率的铁基非晶涂层，从而提高铁基非晶涂层的耐腐蚀性能，推动其作为表面防护涂层材料的应用。

技术领域

本发明涉及超音速火焰喷涂技术领域，具体涉及一种在超音速火焰喷涂技术中优化铁基非晶涂层性能的方法。

背景技术

非晶态合金由于不存在晶体材料的晶界、缺陷、偏析和析出物等缺陷，因此在许多方面呈现出较常规合金材料更优异的性能，如高硬度、高弹性模量、高耐磨性以及优异的耐腐蚀性能。近几十年来，人们除了关注制备大尺寸块体非晶合金外，也更加关注非晶合金作为表面防护涂层的应用。在众多非晶态合金体系中，铁基非晶合金是最具应用前景的体系之一，铁基非晶合金涂层在保持优异的耐磨耐腐蚀性能的同时，又具有较高的性价比，更适合于作为表面防护涂层材料而得到推广应用，目前已经在石油化工、水电火电、舰船防腐以及核工业等领域得到应用或展现出广阔的应用前景。

目前，铁基非晶涂层的制备主要采用热喷涂方法。众多热喷涂方法中，超音速火焰喷涂具有高焰流速度和低火焰温度，更利于制备的涂层获得非晶态结构，被公认为是制备铁基非晶涂层的最佳方法。超音速火焰喷涂铁基非晶涂层中的孔隙缺陷是不可避免存在的。众所周知，涂层的耐蚀性能与孔隙缺陷密切相关，孔隙缺陷所致腐蚀导致的涂层分层和剥落是涂层最常见的失效方式之一。在一些苛刻的使役环境，如含氯离子介质中，铁基非晶涂层同样遭受孔隙缺陷引起的腐蚀，大大降低铁基非晶涂层的腐蚀防护效果及使用寿命，从而限制了铁基非晶涂层在各领域的广泛应用。因此，在超音速火焰喷涂过程中，通过优化喷涂工艺参数，减少涂层中孔隙缺陷的数量，这对于提高铁基非晶涂层的耐腐蚀性能起到关键作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在超音速火焰喷涂技术中优化铁基非晶涂层性能的方法，通过选择适宜喷涂铁基非晶涂层的最优枪管尺寸，减少涂层中孔隙缺陷的数量，提高涂层的致密性，进而提高铁基非晶涂层的耐腐蚀性能，推动其作为表面防护涂层材料的应用。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种在超音速火焰喷涂技术中优化铁基非晶涂层性能的方法，该方法是在利用超音速火焰喷涂技术制备铁基非晶涂层的过程中，使非晶粉末颗粒在撞击基板前处于半熔化状态，使颗粒在基板上具有良好的流动性，从而减少所制备铁基非晶涂层中的孔隙缺陷，提高涂层致密性。

通过控制粉末颗粒撞击基板前的温度T，使T在铁基非晶的固相线温度T_S和液相线温度T_L之间时，非晶粉末颗粒处于半熔化状态。

本发明利用超音速火焰喷涂技术制备铁基非晶涂层的过程中，在控制T处于T_S和T_L之间的基础上，粉末颗粒撞击基板前的速度越大，所制备的铁基非晶涂层的孔隙缺陷越少，孔隙率越低。

由于超音速火焰喷涂技术中所用枪管长度和口径的尺寸直接影响了焰流的压力场、速度场和温度场，从而影响粉末颗粒飞行过程中的速度和温度变化，最终在涂层沉积阶段形成孔隙缺陷。因此，本发明利用计算流体力学模拟超音速火焰喷涂过程中枪管长度和口径的影响。最终对所用枪管参数进行优化，即，枪管长度为210mm-240mm，枪管口径为12mm-14mm。

本发明的设计机理及有益效果如下：