CN103128421B

CN103128421B - 一种铁基非晶/纳米晶复合涂层的制备方法

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Publication number: CN103128421B
Application number: CN201310081917.4A
Authority: CN
Inventors: 王斌; 周翠; 杨振; 武斌; 周培山; 演给; 张先菊; 朱洪亮
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2033-03-14
Also published as: CN103128421A

Abstract

本发明涉及一种铁基非晶/纳米晶复合涂层的制备方法，包括：1）制备铁基非晶堆焊焊条：其焊芯为直径2～5mm的Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂(原子百分数)铁基非晶合金，其药皮采用低氢钠型，药皮质量系数K_b=0.6；2）采用手工电弧堆焊方法在Q235钢表面进行堆焊，采用以下堆焊工艺参数：直流反接，焊接电压U=20～30V，焊接电流I=40～100A，焊接速度5～12.0mm/s，氩气流量16～25L/min，获得铁基非晶/纳米晶复合涂层。本发明原理可靠，操作简便，通过探索得到最佳的堆焊工艺参数，采用手工电弧堆焊方法制备的铁基非晶/纳米晶复合涂层，具有优良的热稳定性。

Description

一种铁基非晶/纳米晶复合涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及一种铁基非晶/纳米晶复合涂层的制备方法，具有优良的热稳定性，属于材料的制备方法领域。

背景技术

非晶态合金由于其原子排列的短程有序、长程无序，不存在晶态材料的晶界、偏析和析出物等缺陷，表现出各向同性。这种结构决定了它具有许多晶态金属所不具备的优异性能，如高硬度、高强度及优异的耐磨、耐腐蚀性能等。但非晶合金因其结构和热力学上的亚稳态以及使用中的热稳定性问题限制了其使用范围。铁基非晶合金不仅具有较高的非晶形成能力和性价比，在合理的堆焊工艺下还能获得非晶/纳米晶复合涂层，进而保持优良的耐磨耐蚀性能，更适合作为表面防护涂层材料使用。从铁基非晶合金的性能优势出发，将非晶合金与现代表面工程—堆焊技术结合起来，制备具有优良耐磨耐腐蚀性能的非晶/纳米晶复合涂层，对零部件的再制造修复、改善工件表面性能、提高零件的可靠性、延长使用寿命具有重要的实用价值。但非晶合金的亚稳态结构和其热力学上的非平衡，导致堆焊时堆焊层会发生晶化。如何控制堆焊工艺参数获得最佳性能的非晶/纳米晶复合涂层，成为急需解决的课题。

目前，热喷涂方法在制备非晶/纳米晶复合涂层方面得到广泛应用，但还存在热喷涂涂层与基体结合强度低，涂层薄，孔隙等不足。铁基非晶合金较强的非晶形成能力、热稳定性以及可焊性，使利用堆焊方法制备非晶/纳米晶复合涂层成为现实。堆焊具有操作简便、熔敷面积大、效率高、表面质量优良等优点，更适合作为铁基非晶/纳米晶复合涂层的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁基非晶/纳米晶复合涂层的制备方法，该方法原理可靠，操作简便，通过探索得到最佳的堆焊工艺参数，采用手工电弧堆焊方法制备的铁基非晶/纳米晶复合涂层，具有优良的热稳定性。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

一种铁基非晶/纳米晶复合涂层的制备方法，依次以下步骤：

1）制备铁基非晶堆焊焊条：其焊芯为直径2～5mm的Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂(原子百分数)铁基非晶合金，其药皮采用低氢钠型，药皮质量系数K_b=0.6，所述药皮由以下组分按质量比组成：大理石40～48%、萤石20～30%、钛白粉2～5%、纯碱0～2%、中碳锰铁3～8%、钛铁8～15%、45硅铁2～5%、石英3～10%；

2）采用手工电弧堆焊方法在Q235钢表面进行堆焊，采用以下堆焊工艺参数：直流反接，焊接电压U=20～30V，焊接电流I=40～100A，焊接速度5～12.0mm/s，氩气流量16～25L/min，获得铁基非晶/纳米晶复合涂层。

所述第1）步骤铁基非晶堆焊焊条的制备，具体过程如下：将Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂(原子百分数)铁基非晶合金作为焊芯，打磨校直；将所述药皮各组分粉料过筛干混均匀后，加入药粉质量16～20%的粘结剂混合均匀，所述粘结剂钠水玻璃的波美度为42.5，送入压涂机内将药皮裹覆于焊芯上，然后进行60～150℃低温烘干，350～380℃高温烘干。

利用X射线衍射峰半高宽法和谢乐公式分别计算铁基非晶/纳米晶复合涂层的非晶含量和纳米晶尺寸。用差示扫描量热法（DSC）对铁基非晶/纳米晶复合涂层进行热稳定性研究。

与现有技术相比，本发明的优点在于：用该方法制备的铁基非晶/纳米晶复合涂层中保持了大部分的非晶含量，热稳定性好；涂层的制备工艺简便易行。

附图说明

图1为铁基非晶/纳米晶复合涂层的扫描电镜图

图2为铁基非晶/纳米晶复合涂层的XRD图

图3为铁基非晶/纳米晶复合涂层的DSC测试曲线

具体实施方式

实施例1

一、铁基非晶/钠米晶复合涂层的制备

制备铁基非晶堆焊焊条：以铁基非晶合金Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂(原子百分数)作为焊芯，直径为2.0mm；根据涂层性能要求对堆焊焊条药皮进行成分设计，药皮质量系数K_b=0.6，药皮的组分（质量百分数）如下：大理石45%、萤石26%、钛白粉3%、纯碱1.5%、中碳锰铁3.5%、钛铁12%、45硅铁2%、石英7%。

制定合理的堆焊工艺参数，在Q235钢表面上进行堆焊，制得铁基非晶/钠米晶复合涂层。堆焊工艺参数见表1：

表1铁基非晶/钠米晶复合涂层的堆焊工艺参数

二、铁基非晶/钠米晶复合涂层的性能测试

分析铁基非晶/钠米晶复合涂层的显微组织、相组成及热稳定性。图1、图2为铁基非晶/纳米晶复合涂层的组织形貌及XRD分析结果，其结晶度为20.86%，非晶相的含量为79.14%，纳米晶的晶粒尺寸为40～60nm。图3为铁基非晶/纳米晶复合涂层的DSC测试曲线，测得涂层的晶化温度T_x为747.2℃。

1、涂层的微观结构分析：

利用Quanta450型环境扫描电子显微镜和X’PertProX射线衍射仪对堆焊层进行组织结构分析表明，堆焊层成型良好，无气孔、裂纹等缺陷；堆焊层的X射线衍射图谱为典型的非晶态漫散射峰，用X射线衍射峰半高宽法和谢乐公式分别计算出堆焊层非晶含量为79.14%，纳米晶尺寸为40～60nm。

2、涂层的DSC分析：

将铁基非晶/纳米晶复合涂层切割成5mm×1mm×1mm的薄片，采用NetzschSTA409PC同步热分析仪对其进行DSC分析，升温速率15K/min；所得DSC曲线如图3所示。由图3可以看出，堆焊层的DSC曲线中出现了明显的晶化峰，起始晶化温度T_x＝747.2℃，说明堆焊层具有良好的热稳定性。

实施例2

采用实施例1中的铁基非晶堆焊焊条，调整电弧堆焊工艺参数，在Q235钢表面上进行堆焊试验，堆焊工艺参数见表2：

表2铁基非晶/钠米晶复合涂层的堆焊工艺参数

得到成型良好的非晶/纳米晶复合涂层，其结晶度为40.61%，非晶相含量为59.39%，纳米晶粒尺寸在80nm左右。

Claims

1.一种铁基非晶/纳米晶复合涂层的制备方法，依次以下步骤：

1)制备铁基非晶堆焊焊条：其焊芯为直径2～5mm的Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂铁基非晶合金，其药皮采用低氢钠型，药皮质量系数K_b＝0.6，所述药皮由以下组分按质量比组成：大理石45～48％、萤石26～30％、钛白粉3～5％、纯碱1.5～2％、中碳锰铁3.5～8％、钛铁12～15％、45硅铁2～5％、石英7～10％；

2)采用手工电弧堆焊方法在Q235钢表面进行堆焊，采用以下堆焊工艺参数：直流反接，焊接电压U＝22～30V，焊接电流I＝50～100A，焊接速度8～12.0mm/s，氩气流量20～25L/min，获得铁基非晶/纳米晶复合涂层。

2.如权利要求1所述的复合涂层的制备方法，其特征在于，所述铁基非晶堆焊焊条的制备过程如下：将Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂铁基非晶合金作为焊芯，打磨校直；将所述药皮各组分粉料过筛干混均匀后，加入药粉质量16～20％的粘结剂混合均匀，所述粘结剂钠水玻璃的波美度为42.5，送入压涂机内将药皮裹覆于焊芯上，然后进行60～150℃低温烘干，350～380℃高温烘干。