一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法技術

一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法，屬于金屬表面工程技術領域。所述方法以單質粉末鐵粉、鉻粉、硼粉、硅粉、鈮粉為原料，把粉末和硬質合金球放到球磨罐中進行球磨，充分混合，再加入有機粘結劑，利用圓柱形模具，壓制成棒狀，得到復合材料棒，常溫自然干燥后，再采用干燥箱烘干，然后利用氬弧焊機鎢極產生的電弧熱把復合材料棒熔覆于放置在低溫槽中的金屬基體表面，凝固后即得到鐵基非晶和納米晶涂層。本發明專利技術的涂層與金屬基體結合良好，納米晶顆粒分布均勻；該技術工藝簡單，操作容易，設備價格低；與激光熔覆制備的非晶和納米晶涂層相比，氬弧熔覆復合材料棒制備非晶和納米晶涂層具有操作簡單、粉末利用率高、降低生產成本等特點。

Method for preparing iron based amorphous and nanocrystalline coating

The invention relates to a method for preparing iron based amorphous and nanocrystalline coatings, which belongs to the technical field of metal surface engineering. The method of using elemental powder powder, chromium powder, boron powder, silicon powder, niobium powder as raw material, the powder and the hard alloy ball in ball milling, milling tank mixing, adding organic binder, the cylindrical mold, pressing rod, composite material rod, natural drying at room temperature, and the drying box drying, and then use the tungsten argon arc welding arc heat generated on the surface of metal matrix composite rods in cladding placed in low temperature tank, solidification is obtained after Fe based amorphous and nanocrystalline coating. According to the invention of the coating and the metal substrate, nano particles are evenly distributed; the technique is simple, easy operation, low price of equipment; compared with the laser cladding preparation of amorphous and nanocrystalline coating, argon arc cladding composite rods prepared amorphous and nanocrystalline coating has the advantages of simple operation, the use of powder high efficiency, reducing the production cost.

【技術實現步驟摘要】
一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法
本專利技術屬于金屬表面工程
，具體涉及一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法。
技術介紹
材料磨損和腐蝕造成的損失高達國民經濟總產值的9.5%，而通過表面工程技術在傳統材料表面獲得非晶和納米晶涂層，可顯著提高材料的耐磨抗腐蝕性能，其應用潛力巨大，已成為表面工程
研究的熱點。鐵基非晶和納米晶涂層由于具有耐腐蝕、耐氣蝕、抗磨損、摩擦系數小、可加工性強、成本低等特點，廣泛應用于石油、天燃氣、化工、水電、核電、汽車、礦山機械、海洋工程等領域防腐、耐磨及修復。目前，制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法通常采用激光熔覆、等離子熔覆、噴涂（熱噴涂、超音速噴涂）等方法，但這些方法存在設備昂貴、操作復雜等問題，導致生產成本增加，在推廣應用方面受到限制。因此需要開發一種低成本、高性能的非晶和納米晶制備方法。氬弧熔覆技術是近年來表面熔覆技術研究的熱點，其電弧能量介于自由電弧和壓縮電弧之間，冷卻速率較快，可實行手工操作和機械操作，靈活度高。采用氬弧熔覆技術，熔化復合材料棒制備非晶和納米晶涂層的方法，投資運行費用低，操作簡單、稀釋率小，形成涂層結合強度高，且能節省原材料等優點，對激光熔覆和等離子熔覆難以實現的復雜大工件的涂層制備，如高壓閥閥座等產品可利用氬弧熔覆進行實現。氬弧熔覆技術制備的非晶和納米晶涂層具有廣闊的應用前景。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了克服現有技術中存在的制備成本高、涂層質量不穩定的問題，提供一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法。為實現上述目的，本專利技術采取的技術方案如下：一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法，以單質粉末鐵粉、鉻粉、硼粉、硅粉、鈮粉為原料，所述的鐵粉、鉻粉、硼粉、硅粉、鈮粉的質量份數比為（64-2X）：13：（2X+16）：3：4，其中X取1、2或3，把所有單質粉末和硬質合金球一起放到球磨罐中進行球磨，充分混合，球磨過程中利用氬氣進行保護；向混合均勻的單質粉末和硬質金屬球中加入有機粘結劑，有機粘結劑加入量為每100g單質粉末中加入10g有機粘結劑，利用圓柱形模具將合金粉末壓制成棒狀，得到復合材料棒，復合材料棒常溫自然干燥后，采用干燥箱進一步烘干，干燥箱烘干溫度為120~150℃，烘干時間為1~2h，然后利用氬弧焊機鎢極產生的電弧熱把復合材料棒熔覆于放置在低溫槽中的金屬基體表面，熔覆過程中利用氬氣進行保護，凝固后即得到鐵基非晶和納米晶涂層。本專利技術相對于現有技術的有益效果是：本專利技術在低溫環境下制得的涂層與金屬基體結合良好，形成的納米晶顆粒更為均勻、細小；該技術工藝簡單，操作容易，設備價格低；與激光熔覆制備的非晶和納米晶涂層相比，氬弧熔覆復合材料棒制備非晶和納米晶涂層具有操作簡單、粉末利用率高達90%以上等特點；本專利技術采用氬弧焊機設備作為熱源，相比其他制備設備具有更低的價格優勢。附圖說明圖1為本專利技術制備的鐵基非晶和納米晶涂層的X射線衍射圖譜，2θ指的是衍射角；圖2為本專利技術制備的鐵基非晶和納米晶涂層與基體結合的場發射SEM（掃描電子顯微鏡）照片；圖3為本專利技術制備的鐵基非晶和納米晶涂層顯微組織的場發射SEM（掃描電子顯微鏡）照片。具體實施方式下面結合附圖和實施例對專利技術的技術方案進一步說明，但并不局僅限于此，凡是對本專利技術的技術方案進行修正或等同替換，而不脫離本專利技術技術方案精神范圍，均應涵蓋在本專利技術的保護范圍之中。具體實施方式一：本實施方式記載的是一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法，以單質粉末鐵粉、鉻粉、硼粉、硅粉、鈮粉為原料，所述的鐵粉、鉻粉、硼粉、硅粉、鈮粉的質量份數比為（64-2X）：13：（2X+16）：3：4，其中X取1、2或3，把所有單質粉末和硬質合金球一起放到球磨罐中進行球磨，充分混合，球磨過程中利用氬氣進行保護；向混合均勻的單質粉末和硬質金屬球中加入有機粘結劑，有機粘結劑加入量為每100g單質粉末中加入10g有機粘結劑，利用圓柱形模具（采用南通達沃重工機床有限公司生產的YQ32-250t粉末成型液壓機）將合金粉末壓制成棒狀，得到復合材料棒，復合材料棒常溫自然干燥后，采用干燥箱進一步烘干，干燥箱烘干溫度為120~150℃，烘干時間為1~2h，然后利用氬弧焊機鎢極產生的電弧熱把復合材料棒熔覆于放置在低溫槽中的金屬基體表面，熔覆過程中利用氬氣進行保護，凝固后即得到鐵基非晶和納米晶涂層。具體實施方式二：具體實施方式一所述一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法，所述鐵粉純度為99.0%，粒度為325目；鈮粉純度為99.9%，粒度為500目；硼粉純度為99.99%，粒度為180目；鉻粉純度為99.95%，粒度為325目；硅粉純度為99.95%，粒度為300目。具體實施方式三：具體實施方式一所述一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法，所述球磨罐中的磨球為氧化鋯，磨球的直徑為10mm，球料比為20:1，球磨轉速為300r/min，球磨時間為5h，保護氣體為高純氬氣，純度可達99.99%。具體實施方式四：具體實施方式一所述一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法，所述有機粘結劑為膠水或水玻璃。具體實施方式五：具體實施方式一所述一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法，所述金屬基體為低碳鋼、中碳鋼或低合金鋼。具體實施方式六：具體實施方式一所述一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法，所述的熔覆工藝，參數為：熔覆電流：120A，熔覆速度：120mm/min，氬氣流量：12L/min，低溫槽溫度為0℃，復合材料棒與金屬基體成30°，保護氣體為高純氬氣，純度可達99.99%。實施例1：按照質量份數比取62份鐵粉、13份鉻粉、18份硼粉、3份硅粉和4份鈮粉，總質量為50g，其中鐵粉純度為99.0%，粒度為325目，鈮粉純度為99.9%，粒度為500目，硼粉純度為99.99%，粒度為180目，鉻粉純度為99.95%，粒度為325目，硅粉純度為99.95%，粒度為300目；金屬基體采用低碳鋼。將各稱量后的粉末放置于球磨機中進行混合，磨球為氧化鋯，磨球的球徑為10mm，球料比為20:1，球磨轉速為300r/min，球磨時間為5h，保護氣體為高純氬氣（99.99%），將混合后的合金粉末加入有機粘結劑（水玻璃）混合成糊狀后，放置于圓柱型模具中壓制成棒狀，在空氣中自然干燥，熔覆前將復合材料棒放入干燥箱中120℃進行烘干2h。將制成的直徑為3mm、長度為300mm的陶瓷棒，用氬弧焊機熔覆于放置在低溫槽中的低碳鋼表面，熔覆電流為120A，熔覆速度為120mm/min，氬氣流量為12L/min，低溫槽溫度為0℃，復合材料棒與碳鋼基體成30°。檢測結果表明：非晶和納米晶涂層的物相主要由（Fe,Cr），Fe2B和Cr2B組成，涂層與基體結合良好，納米晶顆粒均勻分布于涂層中，硬度可達HV0.21200。實施例2：按照質量份數比取60份鐵粉、13份鉻粉、20份硼粉、3份硅粉和4份鈮粉，總質量為50g，其中鐵粉純度為99.0%，粒度為325目，鈮粉純度為99.9%，粒度為500目，硼粉純度為99.99%，粒度為180目，鉻粉純度為99.95%，粒度為325目，硅粉純度為99.95%，粒度為300目；基體采用低碳鋼。將各稱量后的粉末放置于球磨機中進行混合，磨球為氧化鋯，磨球的球徑為10mm，球料比為20:1，球磨轉速為300r/mi本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法，其特征在于：以單質粉末鐵粉、鉻粉、硼粉、硅粉、鈮粉為原料，所述的鐵粉、鉻粉、硼粉、硅粉、鈮粉的質量份數比為（64?2X）：13：（2X+16）：3：4，其中X取1、2或3，把所有單質粉末和硬質合金球一起放到球磨罐中進行球磨，充分混合，球磨過程中利用氬氣進行保護；向混合均勻的單質粉末和硬質金屬球中加入有機粘結劑，有機粘結劑加入量為每100g單質粉末中加入10g有機粘結劑，利用圓柱形模具將合金粉末壓制成棒狀，得到復合材料棒，復合材料棒常溫自然干燥后，采用干燥箱進一步烘干，干燥箱烘干溫度為120~150℃，烘干時間為1~2h，然后利用氬弧焊機鎢極產生的電弧熱把復合材料棒熔覆于放置在低溫槽中的金屬基體表面，熔覆過程中利用氬氣進行保護，凝固后即得到鐵基非晶和納米晶涂層。

【技術特征摘要】
1.一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法，其特征在于：以單質粉末鐵粉、鉻粉、硼粉、硅粉、鈮粉為原料，所述的鐵粉、鉻粉、硼粉、硅粉、鈮粉的質量份數比為（64-2X）：13：（2X+16）：3：4，其中X取1、2或3，把所有單質粉末和硬質合金球一起放到球磨罐中進行球磨，充分混合，球磨過程中利用氬氣進行保護；向混合均勻的單質粉末和硬質金屬球中加入有機粘結劑，有機粘結劑加入量為每100g單質粉末中加入10g有機粘結劑，利用圓柱形模具將合金粉末壓制成棒狀，得到復合材料棒，復合材料棒常溫自然干燥后，采用干燥箱進一步烘干，干燥箱烘干溫度為120~150℃，烘干時間為1~2h，然后利用氬弧焊機鎢極產生的電弧熱把復合材料棒熔覆于放置在低溫槽中的金屬基體表面，熔覆過程中利用氬氣進行保護，凝固后即得到鐵基非晶和納米晶涂層。2.根據權利要求1所述一種制備鐵基非晶和納米晶涂層的方法，其特征在于：所述鐵粉純度為99.0%，粒度為325目；鈮粉純度為99....

【專利技術屬性】
技術研發人員：孟君晟，史曉萍，王永東，金國，王振廷，
申請(專利權)人：黑龍江科技大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江,23