專利名稱：金屬表面超耐蝕涂層用的非晶態(tài)合金粉末及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于金屬表面涂覆層的，尤其涉及在低碳鋼和低合金鋼表面采用熱噴 涂技術(shù)制備超耐蝕非晶態(tài)合金涂層所用的非晶態(tài)合金粉末及其應(yīng)用方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于金屬材料來(lái)說(shuō)，通常情況下在從液體凝固成固體時(shí)，原子總是從液體的混 亂排列轉(zhuǎn)變成整齊的排列，即成為晶體。但是，如果金屬或合金的凝固速度非常快(例 如每秒高達(dá)一百萬(wàn)度)，原子來(lái)不及整齊排列便被凍結(jié)住了，最終的原子排列方式類似 于液體，是混亂的，這就是非晶合金。因?yàn)榉蔷Ш辖鹪拥幕靵y排列情況類似于玻璃， 所以又稱為金屬玻璃。晶態(tài)結(jié)構(gòu)的金屬具有晶界、相界、位錯(cuò)等弱化晶粒之間連接的因 素，使其在腐蝕介質(zhì)中容易產(chǎn)生破壞，耐腐蝕性能較差。非晶合金是短程有序，長(zhǎng)程無(wú) 序的。也就是說(shuō)它只有在一定的大小(小于1.5士O.lnm)范圍內(nèi)，原子才形成一定的幾 何圖形排列，用電子顯微鏡看不到任何由晶粒間界、晶體缺陷等形成的衍襯反差。因此 非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)在宏觀上是各向同性的，從20世紀(jì)中葉被發(fā)現(xiàn)之后，被證明具有高強(qiáng) 度、高硬度和優(yōu)異的耐腐蝕性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決常規(guī)低碳鋼和低合金鋼構(gòu)件由于腐蝕破壞的原因所帶 來(lái)的驚人的經(jīng)濟(jì)損失問題，提供一種Fe基超耐蝕非晶合金粉末及其應(yīng)用于金屬表面、 制備金屬構(gòu)件超耐蝕合金涂層的方法。本發(fā)明的方法是在已有的超音速火焰噴涂技術(shù) (HVOF)或者大氣等離子噴涂技術(shù)(APS)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行大量的工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)所得到的 最佳制備工藝過(guò)程，并非唯一的方法。采用本發(fā)明指定的HVOF或者APS工藝參數(shù)在耐 腐蝕性能差的低碳鋼和低合金鋼的表面制備一層超耐蝕非晶態(tài)合金涂層，以提高其硬度 和耐腐蝕性能，降低各種金屬構(gòu)件的腐蝕破壞速度，延長(zhǎng)其使用壽命。本發(fā)明是根據(jù)非晶態(tài)合金形成熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)學(xué)原理，研究配制出超耐 蝕合金涂層用的非晶合金粉末，是以Fe元素為基的非晶態(tài)合金粉末，原料組分及其重量 百分比含量為Mol 3%、Cr5 7%、Nil 3%、P9 11%、Si2 4%、B8 10%,其余為Fe。所述的非晶合金粉末通過(guò)氮?dú)忪F化工藝制造，進(jìn)一步篩分成顆粒度為15 45微 米，微觀形貌為圓球或橢球狀。采用超耐蝕非晶態(tài)合金粉末涂覆金屬表面、制備金屬構(gòu)件超耐蝕合金涂層的方 法，具有如下步驟(1)在金屬構(gòu)件表面除油除銹；(2)在清潔的金屬構(gòu)件表面上進(jìn)行噴砂粗化處理，選用粒度為1000-2000微米 的帶有棱角的金剛石沙粒，直徑為Φ8的噴砂管，在壓強(qiáng)為O.SMPa的條件下進(jìn)行噴砂粗 化；
(3)在步驟(2)進(jìn)行過(guò)噴砂粗化處理的金屬構(gòu)件表面采用大氣等離子噴涂技術(shù)或 者超音速氧燃料火焰噴涂技術(shù)制備一層超耐蝕非晶態(tài)合金粉末；在噴涂過(guò)程中始終采用壓縮空氣對(duì)噴涂表面進(jìn)行連續(xù)冷卻，并在噴涂操作結(jié)束 后，保持冷卻直至室溫。所述步驟(3)噴涂的超耐蝕非晶態(tài)合金涂層的厚度為250-350微米。所述步驟(3)采用大氣等離子噴涂技術(shù)的噴涂參數(shù)為噴涂電流550A，噴涂電 壓60V，主氣Ar壓強(qiáng)0.55MPa，主氣Ar流量40L/min，噴涂距離100mm，送粉氣Ar壓 強(qiáng)0.3MPa，送粉氣Ar流量7L/min，噴槍移動(dòng)速度100mm/s，噴涂遍數(shù)6遍。所述步驟(3)采用的超音速氧燃料火焰噴涂技術(shù)噴涂參數(shù)為氧氣流量166.7L/ min,燃?xì)獗榱髁?0.0L/min，噴涂距離350mm，送粉氣氮?dú)鈮簭?qiáng)0.6MPa，送粉氣氮?dú)?流量10L/min，噴槍移動(dòng)速度100mm/s，噴涂遍數(shù)4遍。所述步驟(3)對(duì)噴涂表面進(jìn)行連續(xù)冷卻的過(guò)程采用內(nèi)徑為Φ8，壓強(qiáng)為O.SMPa 的壓縮空氣對(duì)金屬構(gòu)件表面進(jìn)行連續(xù)冷卻。本發(fā)明的有益效果是，采用Fe基超耐蝕非晶態(tài)合金粉末，在耐腐蝕性能差的低 碳鋼和低合金鋼構(gòu)件的表面，采用熱噴涂技術(shù)制備一層超耐蝕非晶態(tài)合金涂層，提高了 低碳鋼和低合金鋼構(gòu)件的表面的硬度和耐腐蝕性能，極大地降低了各種金屬構(gòu)件的腐蝕 破壞速度，延長(zhǎng)了其使用壽命。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的超耐蝕非晶合金粉末，所用原料均采用市售的化工原料?；w材料采 用Q235低碳鋼板，具體實(shí)施例如下實(shí)施例1以Fe元素為基的非晶態(tài)合金粉末，原料組分及其重量百分比含量為Mo3%、 Cr 7%, Ni3%, P 10%, Si 2%, B9%,其余為 Fe。該超耐蝕非晶態(tài)合金粉末通過(guò)氮?dú)忪F化工藝制造，進(jìn)一步篩分成粒度分布為 15-45微米的適用于熱噴涂技術(shù)的圓球或橢球狀合金粉末。采用超耐蝕非晶態(tài)合金粉末涂覆Q235低碳鋼板表面、制備金屬構(gòu)件超耐蝕合金 涂層的方法，步驟如下(1)在金屬構(gòu)件表面除油除銹；(2)在清潔的金屬構(gòu)件表面上進(jìn)行噴砂粗化處理，選用粒度為1000-2000微米 的帶有棱角的金剛石沙粒，直徑為Φ8的噴砂管，在壓強(qiáng)為O.SMPa的條件下進(jìn)行噴砂粗 化；(3)在步驟(2)進(jìn)行過(guò)噴砂粗化處理的金屬構(gòu)件表面采用大氣等離子噴涂技術(shù) (APS)噴涂一層超耐蝕非晶態(tài)合金粉末；噴涂參數(shù)為噴涂電流550A，噴涂電壓60V， 主氣(Ar)壓強(qiáng)0.55MPa，主氣(Ar)流量40L/min，噴涂距離100mm，送粉氣(Ar)壓強(qiáng) 0.3MPa,送粉氣(Ar)流量7L/min，噴槍移動(dòng)速度100mm/s，噴涂遍數(shù)6遍；所制備的 涂層厚度為320微米。在噴涂過(guò)程中始終采用壓縮空氣對(duì)噴涂表面進(jìn)行連續(xù)冷卻，并在噴涂操作結(jié)束 后，保持冷卻直至室溫。
實(shí)施例2以Fe元素為基的非晶態(tài)合金粉末，原料組分及其重量百分比含量為Mo 1%、 Cr 7%, Nil%> P9%, Si4%, B 10%,其余為 Fe。該超耐蝕非晶態(tài)合金粉末通過(guò)氮?dú)忪F化工藝制造，進(jìn)一步篩分成粒度分布為 15-45微米的適用于熱噴涂技術(shù)的圓球或橢球狀合金粉末。采用超耐蝕非晶態(tài)合金粉末涂覆Q235低碳鋼板表面、制備金屬構(gòu)件超耐蝕合金 涂層的方法，步驟如下(1)在金屬構(gòu)件表面除油除銹；(2)在清潔的金屬構(gòu)件表面上進(jìn)行噴砂粗化處理，選用粒度為1000-2000微米 的帶有棱角的金剛石沙粒，直徑為Φ8的噴砂管，在壓強(qiáng)為O.SMPa的條件下進(jìn)行噴砂粗 化；(3)在步驟(2)進(jìn)行過(guò)噴砂粗化處理的金屬構(gòu)件表面采用超音速氧燃料火焰噴涂 技術(shù)(HVOF)噴涂一層超耐蝕非晶態(tài)合金粉末；噴涂參數(shù)為氧氣流量166.7L/min，燃 氣流量(丙烷)20.0L/min，噴涂距離350mm，送粉氣(氮?dú)?壓強(qiáng)0.6MPa，送粉氣(氮 氣)流量lOL/min，噴槍移動(dòng)速度100mm/S，噴涂遍數(shù)4遍，所制備的涂層厚度為280微 米。在噴涂過(guò)程中始終采用壓縮空氣對(duì)噴涂表面進(jìn)行連續(xù)冷卻，并在噴涂操作結(jié)束 后，保持冷卻直至室溫。實(shí)施例3以Fe元素為基的非晶態(tài)合金粉末，原料組分及其重量百分比含量為Mo3%、 Cr 7%, Ni3%, P 11%, Si4%, B 10%,其余為 Fe。該超耐蝕非晶態(tài)合金粉末通過(guò)氮?dú)忪F化工藝制造，進(jìn)一步篩分成粒度分布為 15-45微米的適用于熱噴涂技術(shù)的圓球或橢球狀合金粉末。采用超耐蝕非晶態(tài)合金粉末涂覆Q235低碳鋼板表面、制備金屬構(gòu)件超耐蝕合金 涂層的方法，步驟如下(1)在金屬構(gòu)件表面除油除銹；(2)在清潔的金屬構(gòu)件表面上進(jìn)行噴砂粗化處理，選用粒度為1000-2000微米 的帶有棱角的金剛石沙粒，直徑為Φ8的噴砂管，在壓強(qiáng)為O.SMPa的條件下進(jìn)行噴砂粗 化；(3)在步驟(2)進(jìn)行過(guò)噴砂粗化處理的金屬構(gòu)件表面采用超音速氧燃料火焰噴涂 技術(shù)(HVOF)噴涂一層超耐蝕非晶態(tài)合金粉末；噴涂參數(shù)為噴涂電流600A，噴涂電壓 60V，主氣(Ar)壓強(qiáng)0.5MPa，主氣(Ar)流量40L/min，噴涂距離110mm，送粉氣(Ar) 壓強(qiáng)0.3MPa，送粉氣(Ar)流量7L/min，噴槍移動(dòng)速度100mm/s，噴涂遍數(shù)6遍；所制 備的涂層厚度為330微米。在噴涂過(guò)程中始終采用壓縮空氣對(duì)噴涂表面進(jìn)行連續(xù)冷卻，并在噴涂操作結(jié)束 后，保持冷卻直至室溫。經(jīng)以上步驟，在Q235低碳鋼板表面就形成了一層較為光潔的超耐蝕非晶合金涂 層，涂覆有該超耐蝕非晶態(tài)合金涂層的金屬構(gòu)件的使用溫度不能超過(guò)550°C。表1為本發(fā) 明的實(shí)施例1超耐蝕合金涂層與lCrl8Ni9Ti不銹鋼在3種腐蝕介質(zhì)中電化學(xué)腐蝕參數(shù)對(duì)比。其中自腐蝕電流密度i。OT表征了金屬材料在電解質(zhì)中的腐蝕速度，可見所制備的非晶 態(tài)合金涂層在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和強(qiáng)氯離子腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性能均比l&18M9Ti不銹鋼有顯 著的提高。表 權(quán)利要求
1.一種超耐蝕非晶態(tài)合金粉末，其特征在于，是以Fe元素為基的非晶態(tài)合金粉末， 原料組分及其重量百分比含量為Mol 3%、Cr 5 7%、Nil 3%、P9 11%、 Si2 4%、B8 10%，其余為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的超耐蝕非晶合金粉末，其特征在于，所述的非晶態(tài)合金粉末是通 過(guò)氮?dú)忪F化工藝制造，進(jìn)一步篩分成顆粒度為15 45微米，微觀形貌為圓球或橢球狀。
3.—種采用權(quán)利要求1的超耐蝕非晶態(tài)合金粉末涂覆金屬表面、制備金屬構(gòu)件超耐蝕 非晶態(tài)合金涂層的方法，具有如下步驟(1)在金屬構(gòu)件表面除油除銹；(2)在清潔的金屬構(gòu)件表面上進(jìn)行噴砂粗化處理，選用粒度為1000-2000微米的帶有 棱角的金剛石沙粒，直徑為Φ8的噴砂管，在壓強(qiáng)為O.SMPa的條件下進(jìn)行噴砂粗化；(3)在步驟(2)進(jìn)行過(guò)噴砂粗化處理的金屬構(gòu)件表面采用大氣等離子噴涂技術(shù)或者超 音速氧燃料火焰噴涂技術(shù)制備一層超耐蝕非晶態(tài)合金涂層；在噴涂過(guò)程中始終采用壓縮空氣對(duì)噴涂表面進(jìn)行連續(xù)冷卻，并在噴涂操作結(jié)束后， 保持冷卻直至室溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的制備金屬構(gòu)件超耐蝕非晶態(tài)合金涂層的方法，其特征在于，所述 步驟(3)噴涂的超耐蝕非晶態(tài)合金粉末的厚度為250-350微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的制備金屬構(gòu)件超耐蝕非晶態(tài)合金涂層的方法，其特征在于，所述 步驟(3)采用大氣等離子噴涂技術(shù)的噴涂參數(shù)為噴涂電流550A，噴涂電壓60V，主氣 Ar壓強(qiáng)0.55MPa，主氣Ar流量40L/min，噴涂距離100mm，送粉氣Ar壓強(qiáng)0.3MPa，送 粉氣Ar流量7L/min，噴槍移動(dòng)速度100mm/s，噴涂6遍。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的制備金屬構(gòu)件超耐蝕非晶態(tài)合金涂層的方法，其特征在于，所 述步驟(3)采用的超音速氧燃料火焰噴涂技術(shù)噴涂參數(shù)為氧氣流量166.7L/min，燃?xì)?丙烷流量20.0L/min，噴涂距離350mm，送粉氣氮?dú)鈮簭?qiáng)0.6MPa，送粉氣氮?dú)饬髁縄OL/ min,噴槍移動(dòng)速度100mm/s，噴涂4遍。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的制備金屬構(gòu)件超耐蝕非晶態(tài)合金涂層的方法，其特征在于，所述 步驟(3)對(duì)噴涂表面進(jìn)行連續(xù)冷卻的過(guò)程采用內(nèi)徑為Φ8，壓強(qiáng)為O.SMPa的壓縮空氣對(duì) 金屬構(gòu)件表面進(jìn)行連續(xù)冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超耐蝕非晶態(tài)合金粉末，其原料組分及其重量百分比含量為Mo 1～3％、Cr 5～7％、Ni1～3％、P 9～11％、Si 2～4％、B 8～10％，其余為Fe。采用該非晶態(tài)合金粉末制備金屬構(gòu)件超耐蝕非晶態(tài)合金涂層的方法為(1)在金屬構(gòu)件表面除油除銹，(2)在清潔的金屬構(gòu)件表面上進(jìn)行噴砂粗化處理，(3)采用熱噴涂技術(shù)在金屬構(gòu)件表面制備超耐蝕非晶態(tài)合金涂層，涂層厚度為250-350微米。本發(fā)明提高了低碳鋼和低合金鋼構(gòu)件的表面硬度和耐腐蝕性能，極大地降低了各種金屬構(gòu)件的腐蝕破壞速度，延長(zhǎng)了其使用壽命。
文檔編號(hào)C22C45/02GK102011069SQ20101059388
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者付騰, 葉福興, 崔崇, 陸冠雄 申請(qǐng)人:天津大學(xué)