[发明专利]一种FeCrMnBC基经济耐磨耐腐蚀涂层的制备方法

说明书

铁基涂料的主要优点是成本低、环保性能好。在本发明中，开发了一种基于FeCrMnBC合金的非常经济的涂层系统，它只包含经济上有利的元素。涂层生产使用喷粉的粒度分布为‑90+45 μm，喷涂设备为三元阴极等离子发生器Triplexpro^tm–210，通过评估的组织,硬度、磨损和耐蚀性表明，涂层具有致密的层状组织，显微硬度值大于HV0.1=600。盐雾试验证实，与等离子喷涂的316 L不锈钢涂层相比，涂层的耐磨性显著提高。由于具有较高的耐磨性、较好的腐蚀性和较低的材料成本，这种新的涂层系统可以作为传统不锈钢涂层的更经济的替代品，以保护碳钢或者铸铁部件免受磨损和腐蚀。

技术领域

本发明涉及一种经济廉价的FeCrMnBC基耐磨耐腐蚀涂层的制备方法，具体涉及一种在金属表面采用等离子喷涂的手段获取一种经济型耐磨耐腐蚀铁基涂层的方法。

背景技术

铁基涂层通常可以通过等离子喷涂、高速氧燃料喷涂和电弧喷涂来制备。比如AISI 316 L和AISI 431的不锈钢涂层通常用于保护碳钢部件免受腐蚀和磨损。AISI 316 L涂层硬度相对较低。据报道，等离子喷涂的AISI 316 L涂层硬度为HV=241-262。因此，AISI316 L涂层的耐磨性能不是很好。AISI 431涂层比AISI 316 L涂层更硬。显微硬度测量表明，AISI 431涂层的马氏体基体中HV=422。对于散装材料，AISI 431涂层由于其化学成分比AISI 316 L涂层耐腐蚀性更低。近年来，随着高压喷涂和高速空气-燃料(HVAF)喷涂技术的发展，具有增强耐磨性和耐腐蚀性的铁基涂料得到了发展。这些涂层的高耐磨性主要归因于析出的硬质颗粒，如硼化物或其非晶/纳米晶的微观结构。这些涂层的高铬含量提供了所需的耐腐蚀性，部分借助于额外的合金元素，如钼和镍。与传统的不锈钢涂层相比，这些涂层的成本更高，因为它们的材料成本更高，工艺更昂贵。由于这些涂层已被开发用于HVOF和HVAF喷涂，它们在等离子喷涂中的适用性还没有得到深入的研究。据报道，当使用大气等离子喷涂(APS)工艺喷涂时，这些涂层的裂纹敏感性增加。

本发明提出了一种经济型合金FeCr25Mn10BC（简称FeCrMnBC）涂层的制备方法，该合金专为等离子喷涂设计。由于这种合金不包含成本较高的合金元素，如镍和钼，因此它的成本更便宜。FeCr25Mn10BC涂层的耐腐蚀性与316 L涂层的相当，但耐磨性明显更好。测试的空化和侵蚀测试结果表明，FeCrMnBC涂层可以作为改善含腐蚀性介质中提高泵部件耐腐蚀性能的良好候选材料。该涂层是用粉末大小分布为-90 +45μm，由三元阴极等离子发生器TriplexPro™-210制备出来。在制备过程中较高的颗粒速度下，导致了较致密的微观结构和较低的氧化物夹杂。同时在这项发明中,在大气等离子喷涂过程中，可以实现低速粒子喷涂下获得高磨损和耐腐蚀涂层。

附图说明

图1:喷雾粉末的背散射电子(BSE) 扫描电镜（SEM）显微图。

图2:涂层的横截面的BSE-SEM显微图。

图3:x射线衍射模式的涂层相比图。

图4:电子探针微量分析仪(EPMA)测定的硼在涂层中的分布。

图5:FeCr25Mn10BC涂层的摩擦系数和316 L涂层对比。

图6: CSLM对316 L涂层磨损轨迹的显微图像。

图7: 316 L涂层的磨损轨迹的BSE - SEM显微图。

图8:使用CSLM对FeCr25Mn10BC涂层磨损轨迹的一段显微图像。

图9: FeCr25MnBC涂层磨损轨迹的BSE-SEM显微图。

图10:盐雾试验t=30 h和t=120 h后的316 L涂层表面。

图11:盐雾试验t=30 h、t=120 h、t=320 h后的FeCrMnBC涂层表面。