[发明专利]耐磨耐腐蚀非晶型合金金属涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及具有耐磨和耐腐蚀性能的非晶型合金金属涂层的制备方法，以及使用这些涂层以提供耐磨损的表面，尤其是供液压设备作涂层之用。

在下列叙述中，首先就这些金属涂层施用于金属底层加以说明。然而，在本发明范围内，还可以将这些金属涂层应用到，例如木材、纸、合成材料等非金属底层或基质。

许多领域都在寻找克服涉及由于在不利环境中磨损腐蚀、擦伤、摩擦以及气蚀等造成的磨损问题。这些问题在液压设备例如涡轮机中尤为严重。

目前所用的材料一般都是很硬的，但它们都较脆，因而使用者转而寻求能提供具有下列改进性能的材料：(1)具有较高的硬度以耐腐蚀，摩擦和伤痕；(2)较高的韧性以耐冲击和变形小；和(3)均匀的结构以确保具有均匀的、高的耐腐蚀性能。

目前可以得到的材料，例如具有高机械特性的钢，钨铬钴合金，陶瓷等，并不具有所有这些特性。尤其是那些具有高耐腐蚀的材料不具备足够的机械特性。

目前获得这些互有矛盾的特性的材料的拆衷办法之一是采用具有非晶形结构的、用快速冷却方法制得的金属合金。迄今所用的非晶形合金大都是通过铸造法制得的薄条形式或通过电化学法制得的非常薄的沉积物。

热喷射的方法，如电弧喷射等离子法，还不可能在几平方米的表面上形成厚的(即＞0.5mm)在X射线衍射级的完全非晶型合金，粉末沉积物涂层。

已知的非晶型合金中有诸铁基金属/准金属合金(Fe-B或Fe-Cr-P-B合金)等，它们具有最佳的机械特性。但是，这些合金中没有一种具有令人满意的、彼此互相矛盾的较高机械特性，耐腐蚀性和高韧性。

本发明的目的是提供一种非晶型金属涂层，它具有增加的机械性能，一定程度的韧性，较高的结晶温度，而且具有通过热处理能除去残余制造应力，而在结构和韧性产生明显变化的高生产率和包括可以暴露于卤素中的高的耐腐蚀性。本发明的涂层可以从以10⁵k/s的冷却速率形成的合金制得，在大面积上涂层的厚度可以达到0.03mm到1.5mm。

本发明的非晶型涂层可通过混合不同比率的某些组成成份和基质组成成份而制得，尤其是B和Zr与Fe-Ni和/或Co基质混合而制得。

此外，从较低的准金属浓度和浸有高熔点的金属间化合物可以获得满意的韧性。钴的存在可获得较高的结晶温度。最后加入适当的Cr和Zr能提供耐腐蚀的性能。

本发明的非晶型金属涂层的特征在于具有耐磨损和腐蚀性，它基本上由具有下列通式的合金组成：

      T_aCr_bZr_cB_dM_eM′_fX_gI_h    (I)其中a+b+c+d+e+f+g+h＝100原子％。

T是Ni，Co，Ni-Co，或者至少是Ni和Co之一与Fe的混合物，其中3＜Fe＜82原子％和20≤a＜85原子％。

M是一种或多种选自Mn、Cu、V、Ti、Mo、Ru、Hf、Ta、W、Nb和Rh的元素，其中0＜e＜12原子％。

M′是一种或多种稀土元素，包括Y，其中0＜f＜4原子％。

X是一种或多种准金属，选自C、P、Ge和Si，其中0＜g＜17原子％。

I代表不可避免的杂质，其中h＜1原子％。

另外，5≤b≤25，5≤c≤15，和5≤d≤18。

这些合金粉末通过雾化制得，其颗粒大小在20μm至150μm之间，其中对小于100μm的颗粒，经X射线衍射测定，具有完全的非晶型结构。

本发明的非晶型金属涂层是通过在所需要淀积的基质上淀积通过雾化得到的金属合金粉末而形成的。

用热喷射的粉末沉积法淀积时，淀积物的性质和结构均具有可再现性。

用于本发明金属非晶型涂层的合金是耐磨损和腐蚀的，并具有许多优于已有技术的优点。首先，由于本发明合金中同时存在硼和Zr，硼原子小于T组分原子的大小，Zr原子大于T组份原子的大小，因而能容易地形成非晶型结构。

加入其他成份，如稀土和/或准金属的目的是促进合金形成非晶型结构的趋势。

此外，与已有技术中的合金，如Fe-B，Fe-B-C和Fe-B-Si相比，本发明合金的结晶温度也提高很多。这种作用归因于锆的存在，如果再加入高熔点元素如Mo、Ti、V、Nb、Rh等，或准金属，则结晶温度还可以进一步提高。

铬和锆提供了极好的耐腐蚀性，如果再加上Rh、Nb、Ti、稀土金属和P，还可以进一步提供这种性能。