一種用于熱噴涂的高韌性鐵基合金涂層及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種熱噴涂涂層材料及其制備方法，具體的說是一種用于熱噴涂的高韌性鐵基合金涂層及其制備方法，屬于熱噴涂技術領域。
【背景技術】
[0002]通過熱噴涂施加的涂層已知早被用于許多應用。例如，在車用發動機中，油潤滑的汽缸跑合面的表面已經特別是通過等離子噴涂進行涂覆有相當長的一段時間，所述涂層尤其是能顯著降低活塞環與汽缸壁之間的摩擦系數，從而顯著減少活塞環和汽缸的磨損，使得發動機使用壽命增長，保養周期(例如換油)延長，還使發動機性能顯著提高。
[0003]與其它涂層相比，鐵基熱噴涂涂層具有更加優異的力學性能、磁學性能和耐腐蝕性能。同時，鐵基系列涂層具有豐富的自然資源、低廉的材料成本，從而引起人們的研宄熱潮。但是，同其他涂層一樣，在傳統的宏觀力學性能測試中，鐵基涂層往往發生非均勻變形，塑性變形集中在少數的剪切帶，表現為宏觀脆性。鐵基涂層的這一特點很大程度上限制了其在工程領域中的應用。因此，如何在保持鐵基非晶高強度的前提下，提高鐵基非晶的塑性變形能力，增加韌性，是推廣鐵基涂層應用過程中亟需解決的現實問題。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是，提出一種用于熱噴涂的高韌性鐵基合金涂層及其制備方法，能夠對脆性的鐵基涂層進行增韌改良，同時保留其固有的高強度，高耐磨性特點，為大范圍的工程應用提供可能。
[0005]本發明解決以上技術問題的技術方案:提供一種用于熱噴涂的高韌性鐵基合金涂層，該涂層由金屬材料制成的粉末經熱噴涂而成，其金屬材料的化學成分按重量百分比為:Cr:5.3-6.8%，C:0.37-0.55%，Si:0.8-1.4%，Mn:1.5-2.3%，Zn:0.62-0.88%，Sb:
0.24-0.37%，Ti:0.35-0.47%，Ni:0.5-1.0%，Cd:0.12-0.19%，Mo:0.11-0.17%，且滿足 Mn 和Ni之和為1.2-3.6%，Mo、Nb至少含有一種，其總含量為3_7%，鑭系稀土:0.25-0.41%，其余為Fe和不可避免的雜質；其涂層顯微組織為奧氏體中分散著Cr7C3強化相；
所述鑭系稀土的組分質量百分比為:鈰:20-24%，釤:10-13%，釓:3-6%，鐠:12-15%，釹:7-11%，余量為鑭，以上各組分之和為100%。
[0006]本發明的進一步限定技術方案，前述的用于熱噴涂的高韌性鐵基合金涂層，該涂層由金屬材料制成的粉末經熱噴涂而成，其金屬材料的化學成分按重量百分比為:Cr:5.3%，C:0.37%，S1:0.8%，Mn:1.5%，Zn:0.62%，Sb:0.24%，T1:0.35%，N1:0.5%，Cd:0.12%，Mo:0.11%,Mo,Nb至少含有一種，其總含量為3%，鑭系稀土:0.25%，其余為Fe和不可避免的雜質；其涂層顯微組織為奧氏體中分散著Cr7C3強化相；
所述鑭系稀土的組分質量百分比為:鈰:20%，釤:10%，釓:3%，鐠:12%，釹:7%，余量為鑭，以上各組分之和為100%。
[0007]前述的用于熱噴涂的高韌性鐵基合金涂層，該涂層由金屬材料制成的粉末經熱噴涂而成，其金屬材料的化學成分按重量百分比為:Cr:5.8%，C:0.45%，S1:1.2%，Mn:1.9%，Zn:0.78%，Sb:0.31%，Ti:0.41%，Ni:0.7%，Cd:0.16%，Mo:0.15%，Mo、Nb 至少含有一種，其總含量為4%，鑭系稀土:0.31%，其余為Fe和不可避免的雜質；其涂層顯微組織為奧氏體中分散著Cr7C3強化相；
所述鑭系稀土的組分質量百分比為:鈰:22%，釤:12%，釓:4%，鐠:13%，釹:10%，余量為鑭，以上各組分之和為100%。
[0008]前述的用于熱噴涂的高韌性鐵基合金涂層，該涂層由金屬材料制成的粉末經熱噴涂而成，其金屬材料的化學成分按重量百分比為:Cr:6.8%，C:0.55%，S1:1.4%，Mn:2.3%，Zn:0.88%，Sb:0.37%，Ti:0.47%，Ni:1.0%，Cd:0.19%，Mo:0.17%，Mo、Nb 至少含有一種，其總含量為7%，鑭系稀土:0.41%，其余為Fe和不可避免的雜質；其涂層顯微組織為奧氏體中分散著Cr7C3強化相；
所述鑭系稀土的組分質量百分比為:鈰:24%，釤:13%，釓:6%，鐠:15%，釹:11%，余量為鑭，以上各組分之和為100%。
[0009]一種用于熱噴涂的高韌性鐵基合金涂層的制備方法，其特征在于包含以下步驟:
(1)將待噴涂基體表面采用噴砂工藝進行粗糙化處理、清洗處理；
(2)采用氣霧化方法制備噴涂粉末，按照重量百分比配方配制鐵基合金，然后熔融該合金，采用氣霧化方法制備鐵基合金粉末；
(3)在等離子噴涂設備中，將鐵基合金粉末裝入送粉器，將待噴涂工件安裝到旋轉工裝上，進行噴涂，得到鐵基復合涂層，其微觀結構以奧氏體為基體，其中分散Cr7C3強化相。
[0010]進一步的，前述的用于熱噴涂的高韌性鐵基合金涂層的制備方法，噴涂參數設置為:工作電流彡600A;電弧電壓彡80V;氬氣壓力0.71-0.83MPa ;氬氣流量30-49L/min ;氫氣壓力0.42-0.47MPa ;氫氣流量1.0-1.6L/min ;送粉速率90_150g/min ;噴涂距離110-160mm ;噴涂角度為 45° -75。。
[0011]本發明的有益效果:本發明鐵基復合噴涂粉末具有較好的抗高溫氧化性，能避免噴涂過程中被過度氧化，從而提高了噴涂后涂層內部結合的致密性，同時噴涂后涂層中孔隙大小適中、形狀圓滑，有效減少了裂紋的產生，因此能夠很好地起到缸體的儲油功能。該鐵基復合噴涂粉末中含有較高含量的Ni，一方面起到了穩定涂層奧氏體相、提高涂層韌性的作用；另一方面提高了涂層的耐腐蝕性能。采用等離子噴涂涂層具有良好的耐磨防腐性能，適用于在磨損、腐蝕環境條件下工作的基體表面。
【具體實施方式】
[0012]實施例1
本實施例提供一種用于熱噴涂的高韌性鐵基合金涂層，該涂層由金屬材料制成的粉末經熱噴涂而成，其金屬材料的化學成分按重量百分比為:Cr:5.3%，C:0.37%，S1:0.8%，Mn:
1.5%，Zn:0.62%，Sb:0.24%，Ti:0.35%，Ni:0.5%，Cd:0.12%，Mo:0.11%，Mo、Nb 至少含有一種，其總含量為3%，鑭系稀土:0.25%，其余為Fe和不可避免的雜質；其涂層顯微組織為奧氏體中分散著Cr7C3強化相；
所述鑭系稀土的組分質量百分比為:鈰:20%，釤:10%，釓:3%，鐠:12%，釹:7%，余量為鑭，以上各組分之和為100%。
[0013]本實施例的用于熱噴涂的高韌性鐵基合金涂層的制備方法，包含以下步驟:
(1)將待噴涂基體表面采用噴砂工藝進行粗糙化處理、清洗處理；
(2)采用氣霧化方法制備噴涂粉末，按照重量百分比配方配制鐵基合金，然后熔融該合金，采用氣霧化方法制備鐵基合金粉末；
(3)在等離子噴涂設備中，將鐵基合金粉末裝入送粉器，將待噴涂工件安裝到旋轉工裝上，進行噴涂，得到鐵基復合涂層，其微觀結構以奧氏體為基體，其中分散Cr7C3強化相；本實施例的噴涂參數設置為:工作電流600A ;電弧電壓80V ;氬氣壓力0.7IMPa ;氬氣流量30L/min ;氫氣壓力0.42MPa ;氫氣流量1.0L/min ;送粉速率90g/min ;噴涂距離IlOmm ;噴涂角度為45° ο
[0014]實施例2
本實施例提供一種用于熱噴涂的高韌性鐵基合金涂層，該涂層由金屬材料制成的粉末經熱噴涂而成，其金屬材料的化學成分按重量百分比為:Cr:5.8%，C:0.45%，S1:1.2%，Mn:
1.9%，Zn:0.78%，Sb:0.31%，Ti:0.41%，Ni:0.7%，Cd:0.16%，Mo:0.15%，Mo、Nb 至少含有一種，其總含量為4%，鑭系稀土:0.31%，其余為Fe和不可避免的雜質；其涂層顯微組織為奧氏體中分散著Cr7C3強化相；
所述鑭