一種利用電火花沉積工藝制備金屬玻璃涂層的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種利用電火花沉積工藝制備金屬玻璃涂層的方法；屬于金屬玻璃涂層制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)以金屬A為陽極，以預(yù)沉積金屬A玻璃涂層的導(dǎo)電體為陰極，制備過程中，當(dāng)電壓為50-60V時，控制電容為40-200μF、放電頻率為1000-2000Hz，控制陽極鎳基合金沉積在陰極上的冷卻速度為105-106K/s；當(dāng)電壓為61-99V時，控制電容為20-39.9μF、放電頻率為1000-2000Hz，控制陽極鎳基合金沉積在陰極上的冷卻速度為105-106K/s；當(dāng)電壓為100-150V時，控制電容為5-15μF、放電頻率為1000-2000Hz，控制陽極鎳基合金沉積在陰極上的冷卻速度為105-106K/s。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及；屬于金屬玻璃涂層制備

技術(shù)介紹
腐蝕、磨損等材料的損傷過程通常開始于材料表面，容易引發(fā)工程事故并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。表面工程技術(shù)可用于提高材料表面的硬度、耐磨性、耐腐蝕性、耐熱性、抗疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能，以保證材料在高速、高溫、高壓、重載以及強(qiáng)腐蝕介質(zhì)工況條件下可靠地服役。非晶合金由于具有一系列優(yōu)異的性能，例如高強(qiáng)度、高硬度、良好的耐磨損與優(yōu)異的耐腐蝕性能等，在表面工程與
具有非常廣闊的應(yīng)用前景。制備非晶合金涂層可以充分利用非晶合金性能上的優(yōu)點(diǎn)，同時克服那些制約其獲得廣泛應(yīng)用的各種不利因素，例如室溫脆性、生產(chǎn)成本高昂、制備工藝復(fù)雜、性能穩(wěn)定性差等，極大地拓展非晶合金的工程應(yīng)用范圍，具有重大的實(shí)際意義。現(xiàn)有制備金屬玻璃涂層地方法有激光涂覆、超音速火焰噴涂、等離子噴涂、電弧噴涂等技術(shù)；但是由于這些工藝的能量輸入高，加上涂層材料的玻璃形成能力有限，很難制備出具有高非晶相含量的金屬玻璃涂層。電火花沉積是一種利用脈沖電弧進(jìn)行微型焊接的工藝。涂層材料為陽極，通過焊槍與高頻電源相連接，工件為陰極；在電極材料與工件接觸的瞬間，因短路而產(chǎn)生劇烈的火花放電，在極短的時間內(nèi)使兩電極接觸點(diǎn)處的局部區(qū)域溫度上升到8000-25000°C，如此高溫足以使電極尖端及與其接觸的工件表面材料熔化甚至汽化；熔化的電極材料在脈沖電弧引起的爆炸力作用下被拋出，隨著等離子體流而被快速濺射到工件表面，并與同樣被局域熔化的工件表層合金混合，快速凝固而形成涂層。電火花沉積工藝制備的涂層與基體間有擴(kuò)散層，兩者實(shí)現(xiàn)了冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高。目前，國內(nèi)外已經(jīng)有人采用真空等離子噴涂、高速火焰噴涂等方法制備鎳基金屬玻璃涂層，但還未見采用電火花沉積技術(shù)制備鎳基金屬玻璃涂層的記載。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供。解決了鎳基非晶合金由于玻璃形成能力低而難于制備金屬玻璃涂層的難題，獲得了具有高非晶相含量、高硬度、高致密度、與基體結(jié)合良好的鎳基金屬玻璃涂層。本專利技術(shù)，以金屬A為陽極，以預(yù)沉積金屬A玻璃涂層的導(dǎo)電體為陰極，采電火花沉積工藝制備金屬玻璃涂層；電火花沉積工藝制備金屬玻璃涂層時，當(dāng)電壓為50-60V時，控制電容為40-200 μ F、放電頻率為1000_2000Ηζ、優(yōu)選為2000Hz，控制陽極鎳基合金沉積在陰極上的冷卻速度為105-106K/s ;當(dāng)電壓為61-99V時，控制電容為20-39.9 μ F、放電頻率為1000_2000Ηζ、優(yōu)選為2000Hz，控制陽極鎳基合金沉積在陰極上的冷卻速度為105-106K/s ;當(dāng)電壓為100-150V時，控制電容為5-15yF、放電頻率為1000_2000Hz、優(yōu)選為2000Hz，控制陽極鎳基合金沉積在陰極上的冷卻速度為105-106K/s。本專利技術(shù)，所述金屬A為鎳基合金。本專利技術(shù)，所述鎳基合金為N1-Nb-T1-Zr-Co-Cu 系合金或 Ni_Nb_Zr 系合金；所述N1-Nb-T1-Zr-Co-Cu系合金以原子百分?jǐn)?shù)計包括:Ν?40-70 %、優(yōu)選為 48-58 %、進(jìn)一步優(yōu)選為 53 % ；Nbl0-40%、優(yōu)選為 15-25%、進(jìn)一步優(yōu)選為 20% ；Ti5_20%、優(yōu)選為 5-15%、進(jìn)一步優(yōu)選為 10% ；Zr5-20 %、優(yōu)選為 Zr 5-10 %、進(jìn)一步優(yōu)選為 8 % ；Col-10%、優(yōu)選為3-9%、進(jìn)一步優(yōu)選為6% ；Cul-8%、優(yōu)選為1_6%、進(jìn)一步優(yōu)選為3% ；所述N1-Nb-Zr系合金以原子百分?jǐn)?shù)計包括:Ni45-74%、優(yōu)選為 55-65%、進(jìn)一步優(yōu)選為 61.5% ；Nb25-45 %、優(yōu)選為 28-38 %、進(jìn)一步優(yōu)選為 33.5%;Zr 1-10%、優(yōu)選為3-8%、進(jìn)一步優(yōu)選為5%。本專利技術(shù)，所述鎳基合金是直徑為2-5mm的鎳基合金棒。本專利技術(shù)，當(dāng)陽極為鎳基合金時，所制備的金屬玻璃涂層的硬度為900?1000HV。本專利技術(shù)，利用電火花沉積工藝制備金屬玻璃涂層時，所用焊槍內(nèi)設(shè)有保護(hù)罩和一個能旋轉(zhuǎn)的夾頭，所述夾頭用于夾持鎳基合金棒；工作時，在夾頭的旋轉(zhuǎn)作用下，電極以200-1000轉(zhuǎn)/秒的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同時保護(hù)罩內(nèi)通有保護(hù)氣體；所述保護(hù)氣體的流量為20-100毫升/秒。在工業(yè)化應(yīng)用過程中，夾頭能夠夾持電極并高速旋轉(zhuǎn)，以防止電極與涂層或基體材料焊接在一起；保護(hù)罩內(nèi)通氬氣保護(hù)氣體，氬氣在電極前端形成等離子體流與保護(hù)氣氛。本專利技術(shù)所制備的金屬玻璃涂層經(jīng)X射線衍射(XRD)證實(shí)，其非晶相含量高，制備過程中未發(fā)生明顯晶化；且涂層與基體間有擴(kuò)散層，涂層與基體實(shí)現(xiàn)了冶金結(jié)合，其結(jié)合強(qiáng)度高；同時涂層具有很高的致密度。本專利技術(shù)所制備的金屬玻璃涂層，拓展了鎳基非晶合金的潛在應(yīng)用領(lǐng)域。原理和優(yōu)勢本專利技術(shù)以涂層材料為陽極，通過焊槍與高頻脈沖電源相連接，以工件為陰極；工作時，在電極材料與工件接觸的瞬間，因短路而產(chǎn)生劇烈的火花放電，在極短的時間內(nèi)使兩電極接觸點(diǎn)處的局部區(qū)域溫度上升到8000-2500(TC，如此高溫足以使電極尖端及與其接觸的工件表面材料熔化甚至汽化；熔化的電極材料在脈沖電弧引起的爆炸力作用下被拋出，隨著等離子體流而被快速濺射到工件表面，在高達(dá)105_106K/s的冷卻速率下快速凝固而形成金屬玻璃涂層。進(jìn)而解決了鎳基合金由于玻璃形成能力低而難于采用超音速火焰噴涂等其它工藝制備金屬玻璃涂層的難題。本專利技術(shù)陽極材料采用N1-Nb-T1-Zr-Co-Cu系合金和/或Ni_Nb_Zr系合金，在其他條件的協(xié)同作用下買確保能得到玻璃化的涂層。本專利技術(shù)，制備過程中，控制陽極的旋轉(zhuǎn)速度、保護(hù)氣體的流速以及冷卻速度，能盡可能的避免涂層材料在制備過程中產(chǎn)生晶化等不利影響。本專利技術(shù)，所需設(shè)備簡單，攜帶方便，使用靈活，可在空氣或保護(hù)氣流中進(jìn)行手動操作，對工件表面的幾何形狀無特殊要求；其能量輸入低，工件溫度可保持在室溫，制備過程中所造成的熱影響區(qū)也很小。以下結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本專利技術(shù)的電火花沉積工藝制備金屬玻璃涂層方法不局限于實(shí)施例。【附圖說明】圖1為基體與涂層的XRD圖譜；圖2為不同工藝參數(shù)所制備的Ni61.5Nb33.5Zr5涂層橫截面形貌；圖3為實(shí)施例2所制備附61.5他33.52巧金屬玻璃涂層與基體之間界面附近元素線掃描曲線；圖4為實(shí)施例3所制備Ni61.5Nb33.5Zr5金屬玻璃涂層與基體之間界面兩側(cè)硬度。圖5為本專利技術(shù)電火花沉積時，所用設(shè)備的工作不意圖。圖6為對比例1所得涂層電鏡圖；圖7為對比例2系列所得涂層的XRD圖。圖1中，曲線a為實(shí)施例中所用T1-Ni基體的XRD圖；曲線b為實(shí)施例1所制備Ni53Nb2QTi1QZrsCo6Cu3涂層的XRD圖；曲線c為實(shí)施例2所制備Ni 61.5Nb33.5Zr5涂層的XRD圖。從曲線b、曲線c可以看出本專利技術(shù)所值制備涂層的玻璃程度很高，即非晶化程度很高。與激光涂覆、超音速火焰噴涂、等離子噴涂、電弧噴涂等技術(shù)制備的涂層相比較，除去基體后，本專利技術(shù)所制備的涂層的非晶程度要遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)。圖2中，圖2 (a)為實(shí)施例2所制備附61.5他33.辦5涂層橫截面形貌；圖2 (b)為實(shí)施例3所制備Ni61.5Nb33.5Zr5涂層橫截面形貌。從圖3中可以看出，涂層與基體間有擴(kuò)散層，這表明兩者之間形成了化學(xué)冶金結(jié)合，本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種利用電火花沉積工藝制備金屬玻璃涂層的方法，其特征在于：以金屬A為陽極，以預(yù)沉積金屬A玻璃涂層的導(dǎo)電體為陰極，采電火花沉積工藝制備金屬玻璃涂層；電火花沉積工藝制備金屬玻璃涂層時，當(dāng)電壓為50?60V時，控制電容為40?200μF、放電頻率為1000?2000Hz，控制陽極鎳基合金沉積在陰極上的冷卻速度為105?106K/s；當(dāng)電壓為61?99V時，控制電容為20?39.9μF、放電頻率為1000?2000Hz，控制陽極鎳基合金沉積在陰極上的冷卻速度為105?106K/s；當(dāng)電壓為100?150V時，控制電容為5?15μF、放電頻率為1000?2000Hz，控制陽極鎳基合金沉積在陰極上的冷卻速度為105?106K/s。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李登科，劉云龍，李文波，龍會國，
申請(專利權(quán))人：國家電網(wǎng)公司，國網(wǎng)湖南省電力公司，國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11