[发明专利]一种铁基非晶-纳米晶复合涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种铁基非晶‑纳米晶复合涂层及其制备方法，采用激光熔覆将包括44～45wt％的Fe、8～9wt％的Co、10～15wt％的Cr、25～27wt％的Mo、3～5wt％的C、1～2wt％的B和1～3wt％的Y的熔炼合金涂覆在基体材料上，得到复合涂层。本发明提供的方法，熔覆过程采用熔炼合金，避免采用激光熔炼常规原材料高纯度的非晶态自熔性粉末，进而避免产生非晶态自熔性粉末所形成的孔隙，确保得到结构致密的复合涂层，提高复合涂层的耐蚀性能；所采用的熔炼合金的非晶形成能力强，经熔覆得到的涂层中非晶含量高。

技术领域

本发明属于复合涂层技术领域，尤其涉及一种铁基非晶-纳米晶复合涂层及其制备方法。

背景技术

熔覆金属涂层是钢铁防护的主要方法，但是国内外常见Zn、Al及Zn-Al涂层对Cl-敏感，抗蚀性不高，已不能完全满足恶劣环境的需求，高性能非晶涂层的研究与应用引起了各国材料界的密切关注。Fe基非晶合金涂层因具有高硬度、优异的耐磨抗腐性能等优点，已被应用于船舶、核电、石油等领域。

激光熔覆(Laser Cladding)是一种具有能量密度高、热输入低、冷却速度快等优点的表面改性技术，是非晶涂层制备过程中常用方法。

近年来，国内外研究者对铁基非晶涂层做了广泛研究，大部分研究者采用高纯度的非晶态自熔性合金粉末通过激光熔覆技术制备非晶-纳米晶复合涂层，但是非晶粉末的使用，不可避免地导致涂层中形成孔隙，降低涂层的耐蚀性，并且现有激光熔覆技术制备得到的非晶-纳米晶复合涂层中非晶含量较低，也会导致涂层的耐蚀性能差。例如美国北德克萨斯大学的Katakam教授采用激光熔覆在AISI4130钢基体表面制备Fe₄₈Cr₁₅Mo₁₄C₁₆B₆Y₂非晶涂层，所得涂层的稳定性高，但因涂层中较多纳米晶的存在，涂层非晶含量低，导致涂层的耐蚀性能较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非晶-纳米晶复合涂层及其制备方法，本发明提供的制备方法得到的复合涂层非晶含量高、耐蚀性能良好。

为了实现上述发明目的，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，采用激光熔覆将熔炼合金涂覆在基体材料上，得到复合涂层，所述熔炼合金包括44～45wt％的Fe、8～9wt％的Co、10～15wt％的Cr、25～27wt％的Mo、3～5wt％的C、1～2wt％的B和1～3wt％的Y。

优选的，所述熔炼合金为熔炼合金锭或熔炼合金板。

优选的，所述激光熔覆的脉冲频率为0.5～1.5Hz。

优选的，所述激光熔覆的激光能量密度为97～111J/mm²。

优选的，所述激光熔覆的激光功率为15～25w。

优选的，所述激光熔覆的脉冲宽度为3～7ms。

优选的，所述激光熔覆的脉冲能量为6～10J。

优选的，所述激光熔覆的光束为圆形，所述光束的直径为0.2～0.4mm。

优选的，所述基体材料为低碳合金钢。

本发明提供了以上技术方案制备得到的铁基非晶-纳米晶复合涂层，在元素组成上，所述复合涂层包括44～45wt％的Fe、8～9wt％的Co、10～15wt％的Cr、25～27wt％的Mo、3～5wt％的C、1～2wt％的B和1～3wt％的Y；所述复合涂层的非晶的含量为69～93％。