[发明专利]一种非晶涂层、具有该涂层的基体及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种非晶涂层、具有该涂层的基体及其制备工艺，属于涂层制备技术领域。该涂层的化学成分及其质量百分比为：Ni：40‑60％；Zr：20‑40％；Nb：2‑15％；Si：1‑8％。该基体与涂层之间设有一层金属中间层，能够增加涂层和基体之间的结合强度。该工艺包括以下步骤：一、准备基体并进行预处理；二、称取中间层用金属粉末和涂层用金属粉末并进行预处理；三、制备金属中间层；四、制备涂层。该工艺通过合理的工艺设计，能够在制备大面积非晶涂层时，有效地增加涂层的非晶相含量和结合强度，提高涂层的综合性能。

技术领域

本发明属于涂层制备技术领域，更具体地说，涉及一种非晶涂层、具有该涂层的基体及其制备工艺。

背景技术

超音速火焰喷涂是一种新型热喷涂技术，其设备的核心为喷枪，喷枪由燃烧室(使喷涂材料粒子得到充分加热加速)、Laval喷嘴(将焰流加速到超音速)和等截面长喷管(使喷涂材料粒子得到充分加热加速)三部分组成。其工作原理为：各种燃气进入燃烧室内与氧气混合后点燃，发生强烈的气相反应，燃烧放出的热能使气体剧烈膨胀，此膨胀气体流经Laval喷嘴时受喷嘴的约束形成超音速高温焰流。此焰流能够加热加速喷涂材料至基体表面，速度高达300-500m/s，甚至更高，从而获得结合强度高、致密的高质量的涂层。

非晶合金是一种具有极高硬度的材料，这与其成分有着密切联系，一般可达1400HV；由于其微观结构是无序的，因此它具有高强度及良好的韧性及高耐磨性，延长了其疲劳寿命，被广泛应用于如涡轮、刀具等需耐磨材料的实际产生中。其次，由于非晶合金中无晶粒和晶界，从而不存在位错、层错等缺陷，且化学成分均匀。将其制备成涂层的形式可以使材料表面形成致密的钝化膜，使得材料拥有优异的防腐蚀性能。

由于超音速火焰喷涂技术具备较高的焰流速度和相对较低的焰流温度，能够抑制涂层的氧化，因此其用于制备非晶涂层时非晶相的含量较高。但是，现有的超音速火焰喷涂技术在制备非晶涂层时，一般用于一些喷涂面积较小的工件，涂层和基体的结合面积小，涂层结合相对较为简单。而如果需要在喷涂面积较大的基体上进行非晶涂层的制备时，由于喷涂面积较大，现有技术对这时的喷涂过程中非晶和晶态之间的转换和形成缺乏足够的研究，且涂层和基体的结合面积较大，涂层和基体之间的结合相对较为困难，在保证涂层和基体的结合强度的条件下，制备的大面积非晶涂层的非晶相含量往往较低，通常处于80％以下，而如果通过改变喷涂工艺参数和涂层成分来提高涂层的非晶相含量时，则大面积非晶涂层的结合会相对较为困难，很难制备成功。

如中国专利申请号为：CN201710827164.5，公开日为：2018年3月6日的专利文献，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。该发明采用铝基非晶合金成分体系(Al-TM-RE)，粉末粒径5-25μm，采用超音速火焰喷涂技术制备获得铝基非晶-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。

又如中国专利申请号为：CN201910540354.8，公开日为：2019年8月20日的专利文献，公开了一种超音速火焰喷涂系统及高质量铁基非晶涂层的制备方法，包括超音速火焰喷枪和风冷设备，风冷设备包括底座、冷却台和储存罐；冷却台为内部带有空腔的中空结构，冷却台上设置有多个与冷却台内部空腔相通的出风孔，储存罐通过进气管与冷却台的内部空腔连通，进气管上设置有电磁阀，冷却台上还设置有温度传感器，温度传感器用于监测喷涂温度；制备高质量铁基非晶涂层时，通过温度传感器实时监测喷涂过程中基板的温度，通过电磁阀控制冷却气体通入到冷却台内的流量，实现对喷涂过程中基板温度进行精确地调节，得到致密度以及非晶含量较高的非晶涂层，并且极大的提高了喷涂效率，可以有效的制备出高质量的铁基非晶涂层。