[发明专利]一种高稳定性铁基非晶合金、粉末及其涂层

说明书

本发明提供了一种高稳定性铁基非晶合金，其化学分子式为Fe_aNi_bCr_cMo_dP_eC_fB_gSi_hN_i,其中a、b、c、d、e、f、g、h、i为原子百分含量，并且a+b+c+d+e+f+g+h+i＝100，其中2≤b≤4，8≤c≤16，10≤d≤16，9≤e≤14，3≤f≤8，2≤g≤5，1≤h≤4，0<i≤5，余量为铁。以上述化学式配比，熔炼得到铸锭，经真空喷雾冷却得到铁基非晶合金的粉末。利用超音速火焰喷涂技术，将该合金粉末喷涂在基底上获得铁基非晶合金涂层。该涂层具有完全非晶态结构和高稳定性，高稳定性包括高耐热性，高抗氧化性，高钝化膜稳定性。

技术领域

本发明涉及非晶合金涂层材料，具体涉及一种高稳定性铁基非晶合金、粉末及其涂层。

背景技术

在石油天然气，医药化工，能源供应，军事船舶等领域中，部分设备器件长期在高温、氧化和高腐蚀的环境下工作运转，致使这些设备器件极易遭受腐蚀、高温氧化而导致损坏，造成了巨大的经济损失和严重的安全事故，所以如何提高设备的使用寿命，成为提高企业经济效益及增强核心竞争力的关键问题。

采用在设备基体上喷涂一层金属涂层是解决上述问题的方法之一。

与常规合金相比，非晶合金由于其结构的不均匀性，不存在晶界、位错和第二相等，具有优异的物理化学性能。而在其中，铁基非晶合金不仅价格低廉，并且具有优异的软磁性能、高耐磨、耐蚀性、高抗热冲击性。然而，由于大多数铁基非晶合金没有塑性，会发生灾难性断裂，而且非晶形成能力低，不能做成块体材料，因此严重制约其在结构材料领域中的应用,但是对于功能材料，相比于材料的尺寸而言，材料的服役性能更为重要。利用喷涂技术制备铁基非晶涂层，是克服上述应用瓶颈的有效方法。与常规涂层相比，用铁基非晶合金制备的涂层具有高耐磨耐蚀性，高热稳定性和高抗氧化性。

常用的喷涂方法包括超音速火焰喷涂(HVAF)、等离子喷涂、电弧喷涂、爆炸喷涂等。其中，相比于其他热喷涂技术，利用HVAF技术可获得具有可控厚度、大面积、高质量的非晶合金涂层，不仅非晶含量高、氧含量低、孔隙率低、而且与基体结合强度高。

在铁基非晶涂层的研究过程中，非晶的形成能力，高的热稳定性、高抗氧化性和高的钝化膜稳定性是涂层重点关注的性能，为了提高铁基非晶涂层的非晶形成能力和稳定性，在所开发合金中加入“Sacrificial Elements”(如Si,B,P等)，利于提升合金的高温抗氧化性能，同时也能提升非晶形成能力和耐蚀性能。B，P可以加快非晶表面的活性溶解，使得表面Cr的氧化膜快速形成，形成稳定的钝化膜，另一方面Si的添加不仅能促进Cr在合金表面的富集，而且能够在合金的表面形成SiO₂膜，从而增加钝化膜的稳定性。所以在铁基非晶合金的基础上加入“Sacrificial Elements”，可以提升涂层的稳定性能，从而延长恶劣环境下，设备的使用寿命，对降低企业损失和减少安全事故的发生具有重要的现实意义。

公开号为CN105088108A的中国专利文献公开了一种铁基非晶合金、其粉末材料以及耐磨防腐涂层，其化学分子式为Fe_aCr_bNi_cMo_dP_eC_fB_gSi_h，以该化学分子式配料、熔炼得到铸锭，然后重新融化，经真空喷雾冷却得到该铁基非晶合金的粉末材料。利用超音速火焰喷涂技术，将该铁基非晶合金粉末喷涂在基体表面制得铁基非晶合金涂层。该涂层非晶含量高、孔隙率低、氧含量低、维氏硬度高，并且具有良好的耐磨防腐性能。然而其在恶劣环境下耐腐蚀性能以及钝化膜稳定性均有待进一步提高。

发明内容