[发明专利]一种铁基非晶纳米晶激光熔覆复合涂层及制备和测试方法

说明书

本发明提供了一种铁基非晶纳米晶激光熔覆复合涂层及制备和测试方法，该熔覆复合涂层满足分子式：Fe_aCo_bNi_cB_dSi_yNb_e，其中a、b、c、d、y、e分别代表对应合金元素原子百分比：32≤a≤44，10≤b≤15，10≤c≤15，18≤d≤20，4≤y≤23，4≤e≤5，且a+b+c+d+y+e＝100；其制备步骤如下：称取原料混合得合金粉末、基板预处理、将合金粉末平铺于基板表面、激光束垂直对合金粉末进行激光熔覆。该复合涂层兼具一定非晶含量、高显微硬度、优异的耐磨性和突出的断裂强度，制备工艺简单，原材料不含稀土或挥发性元素，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种铁基非晶纳米晶激光熔覆复合涂层及制备和测试方法，属于激光熔覆复合新材料技术领域。

背景技术

激光熔覆作为一种新型表面改性技术，在传统材料表面获得一层非晶熔覆涂层可以提高表面硬度、耐蚀性及耐磨性能，其成本较低，因此具有巨大潜在应用价值。利用激光熔覆手段可增强器件表面强度与硬度，同时不影响基体材料的强韧性特点，从而大幅提高材料整体综合性能以及使用寿命。在重工业领域，激光熔覆技术是修复与强化零部件的重要手段、具有明显经济效益。

激光熔覆涂层具有与基体结合强度高、热影响区小的特点，但常用的激光熔覆粉末大多都采用喷涂用合金粉末或制备块体非晶合金成分，为保证非晶形成能力，Fe基块体非晶合金成分中含有Si、B元素。在激光熔覆过程中，在高温作用下会导致Si、B等易氧化单质元素烧损，由于工业应用中难以达到真空条件，故剩余金属元素会被氧化从而降低熔覆涂层非晶体积含量以及性能。此外，大多数研究者采用熔炼合金并雾化的手段制备熔覆涂层金属粉末，增加了工艺流程和制备成本。

中国专利CN106868496A公开了一种Fe基非晶涂层的制备方法，合金成分为：Cr：17.3～19.4％；Mn：1.8～2.2％；Mo：12.9～15.8％；W：5.0～6.2％；B：2.8～4.1％；C：0.7～1.1％；Si：1.0～1.5％；其余为Fe，其硬度为980～1180HV，然而其熔覆粉末采用工业纯度原料和紧耦合气雾化技术将该成分的铁基非晶合金制备成粉末原料，增加制备难度，限制应用范围。

中国专利CN107620062A公开了一种抗裂耐腐蚀熔覆层的制备方法，其成分为钴30at.％、铬26at.％、铁25at.％、镍8at.％、硅7at.％、硼4at.％，其硬度最高为600HV_0.2，硬度不突出并且其厚度不到0.5mm限制其发展。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种铁基非晶纳米晶激光熔覆复合涂层及制备和测试方法，充分发挥Fe基合金的价格优势，减小制备原料粉末成本以及减小熔覆过程中对真空环境的依赖，本发明采用调节熔覆复合涂层成分Si含量的方法，以达到成渣保护合金的效果，解决大气环境下激光熔覆铁基熔覆复合涂层易氧化的缺陷，且制备得到的铁基非晶纳米晶激光熔覆复合涂层具有高强高耐磨性，兼具一定非晶含量、高显微硬度、优异的耐磨性和突出的断裂强度。

技术方案：本发明提供了一种铁基非晶纳米晶激光熔覆复合涂层，该熔覆复合涂层的组成满足分子式：Fe_aCo_bNi_cB_dSi_yNb_e，其中a、b、c、d、y、e分别代表对应合金元素原子百分比：32≤a≤44，10≤b≤15，10≤c≤15，18≤d≤20，4≤y≤23，4≤e≤5，且a+b+c+d+y+e＝100。

其中：

所述分子式中Si的原子百分比优选为4.8≤y≤22.08，55≤a+b+c≤72。

所述的熔覆复合涂层结构为非晶纳米晶复合结构，并且最大非晶体积分数为12.4％～40.9％，纳米晶粒径为17～20nm。