本發(fā)明屬于非晶合金涂層的加工領(lǐng)域，具體的是鐵基非晶合金等離子噴涂耐磨涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
：鐵基非晶態(tài)合金是一種新型的高新技術(shù)材料,因其具有獨(dú)特的組織結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的材料性能、并且制備工藝簡單高效和應(yīng)用前景極為廣闊。隨著對鐵基非晶態(tài)合金基礎(chǔ)研究的深入,制備工藝的成熟和產(chǎn)品開發(fā)的拓展,各類非晶態(tài)合金材料已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在鐵基非晶合金帶材發(fā)展突飛猛進(jìn)時(shí),面臨的問題也隨著而來。鐵基非晶合金帶材通過單輯平面流鑄法生產(chǎn)過程中前后10%的帶材因單邊,毛刺,孔隙等缺陷而成廢帶材,如何將這些廢帶材發(fā)揮作用是企業(yè)在材料運(yùn)用方面面對的又一難題。目前生產(chǎn)過程中廢帶材的通常是回爐再利用或者碾碎磨成粉制成磁粉芯,但成本偏高。非晶合金具有優(yōu)良的耐蝕、耐磨以及較高的強(qiáng)度、硬度及磁學(xué)性能。用等離子噴涂技術(shù)將非晶粉末噴涂在性能較差的金屬表面上形成致密、結(jié)合強(qiáng)度較高的非晶涂層,是一種預(yù)想的將材料表面非晶化的好辦法。由于等離子噴涂時(shí)溶粒的冷卻速度可達(dá)到105-106k/s，故可在涂層中產(chǎn)生非晶態(tài)相的組織結(jié)構(gòu)。但由于非晶帶材耐磨性高，不易球磨，球磨時(shí)間過長則會給非晶提供過多的能量易晶化，球磨時(shí)間過短則形不成粉體。并且等離子噴涂火焰溫度高，持續(xù)時(shí)間長，使涂層極易晶化，降低力學(xué)性能和機(jī)械性能。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明運(yùn)用物理球磨法將鐵基非晶廢料制備成非晶粉體，不僅解決了鐵基非晶合金廢帶材的二次利用問題,同時(shí)也解決了等離子噴涂領(lǐng)域?qū)娡糠垠w的供求。而后通過調(diào)整后的等離子噴涂工藝制備出鐵基非晶涂層，所得涂層重復(fù)性好、穩(wěn)定性高，并且具有優(yōu)異的力學(xué)性能和機(jī)械性能。本發(fā)明包括：1、非晶粉體的制備：（1）熱處理：對鐵基非晶帶材廢料進(jìn)行預(yù)熱處理，使之結(jié)構(gòu)松弛；（2）物理球磨：對熱處理后的鐵基非晶帶材廢料進(jìn)行球磨加工，得到符合噴涂粒徑的非晶粉體；2、噴涂前處理（1）于噴涂基體底部加循環(huán)冷水，使基體保持溫度80℃以下，起到激冷的作用，防止噴涂過程中由于基體過熱產(chǎn)生晶化效果。（2）調(diào)整噴涂出粉口位置，使出粉口在距離噴嘴23~33mm的軸線處，防止部分熔融的液滴在高溫焰流中形核長大。3、等離子噴涂將球磨的非晶粉體通過等離子槍采用間接不間斷的方式高溫噴涂到球鐵鋼的基體表面。上述步驟1-（1）中，將鐵基非晶帶材廢料在通氣管式爐中熱處理，升溫速度為10~30℃/min，保溫溫度是250~360℃，保溫時(shí)間為0.5h~3h，保護(hù)氣體為氬氣，隨爐冷卻，保證鐵基非晶帶材產(chǎn)生脆化效果，且不發(fā)生晶化。上述步驟1-（2）中，將熱處理脆化后的鐵基非晶帶材廢料放到行星式球磨機(jī)球磨8~12h，球料比為1：10~1：30（球磨罐為2l~3l的304不銹鋼罐，磨球?yàn)?04不銹鋼球），行星球磨機(jī)的公轉(zhuǎn)為100~200r/min，自轉(zhuǎn)為400~600r/min，球磨過程中，保持球磨罐中的氬氣保護(hù)氣氛，得到粉體，依次通過100目、200目和300目振動篩進(jìn)行分級篩選，得到不同粒徑的非晶粉體，各級粉體在球磨過程后不發(fā)生晶化。上述步驟3中，先取過200目的粉體于50~70℃，干燥處理4~8h，而后對基體進(jìn)行噴砂處理5~20s，對基體進(jìn)行噴涂打底層處理。再將干燥后的粉體采用噴涂5s，停止工作2min的循環(huán)噴涂方式噴涂于處理后的打底層表面，噴涂的電壓為45~80v，電流為400~600a，噴涂距離為80mm~150mm。本發(fā)明的有益效果為：（1）本發(fā)明針對鐵基非晶帶材廢料的利用問題，提出運(yùn)用物理球磨法制備成非晶粉體，不僅解決了鐵基非晶合金廢帶材的二次利用問題,同時(shí)也解決了等離子噴涂領(lǐng)域?qū)娡糠垠w的供求。通過這種方法制備出來的非晶涂層重復(fù)性好、穩(wěn)定性高，并且具有優(yōu)異的力學(xué)性能和機(jī)械性能。（2）本發(fā)明采用的熱處理時(shí)間及溫度，磨球比，球料比，球磨時(shí)間等工藝條件，使非晶帶材快速松脆，高效的得到比重大的適合噴涂的粉末，且球磨過程不會使非晶粉體產(chǎn)生晶化。（3）采用本發(fā)明的方法制備的非晶涂層為高純的非晶涂層，具有高致密度，高硬度，高耐磨性的特點(diǎn)。附圖說明圖1為鐵基非晶帶材廢料的xrd圖。圖2為鐵基非晶帶材廢料經(jīng)過熱處理后的xrd圖。圖3為球磨工藝處理后得到的粉體的xrd圖。圖4為球磨工藝處理后得到的過200目粉體的sem圖。圖5為等離子噴涂所得涂層的xrd圖。圖6為等離子噴涂所得涂層的sem圖。圖7為等離子噴涂所得涂層經(jīng)過摩擦磨損實(shí)驗(yàn)后的sem圖。圖8為15n載荷下非晶涂層的摩擦系數(shù)與磨損時(shí)間的關(guān)系圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例1（1）選用fe78si9b13非晶帶材廢料，其xrd檢測結(jié)果見圖1，可見其為完全非晶狀態(tài)，將帶材置于真空管式爐中，其中通入氬氣并保證為氬氣氣氛，由室溫升溫至350℃，升溫速度為20℃/min，保溫時(shí)間為2h，保溫結(jié)束后帶材廢料隨爐冷卻，冷卻后得到的fe78si9b13非晶帶材廢料經(jīng)xrd檢測見圖2，表明帶材廢料未發(fā)生晶化。（2）將熱處理后的帶材150g置于2l球磨罐中，球料比為20比1，球磨罐密封后抽真空，并通入氬氣，保證球磨罐為氬氣氣氛。將球磨罐放在行星式球磨機(jī)上球磨10h，自轉(zhuǎn)速度為400r/min，公轉(zhuǎn)速度為100r/min。球磨結(jié)束后，將粉體置于振篩機(jī)中分級10min，取過200目，不過300目粉體，已備噴涂使用，所得粉體經(jīng)xrd檢測見圖3，表明經(jīng)過球磨工藝，非晶粉體未發(fā)生晶化，場發(fā)射電鏡掃描圖像見圖4，可見其粒徑為50~80μm。（3）取球鐵鋼作為噴涂基體，先經(jīng)過10s的噴砂處理，增加基體表面的粗糙度，再經(jīng)過等離子噴涂100μm的ni/al打底層，噴涂電壓為70v，電流為500a，噴涂距離為100mm，防止噴涂的爆裂，并增加基體和涂層之間的強(qiáng)度。再將步驟（2）中粉體經(jīng)過真空干燥箱溫度60℃，時(shí)長6h的預(yù)處理，再噴涂在打底層之上，其中噴涂電壓為70v，電流為400a，噴涂距離為100mm，噴涂后的涂層經(jīng)場發(fā)射電鏡掃描得到如圖6所示的平整完整的形貌圖，xrd檢測證實(shí)其為純度非晶涂層，見圖5。耐磨性能測試將噴涂好的涂層先后分別經(jīng)過400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#等sic耐水砂紙逐級打磨，隨后使用拋光機(jī)進(jìn)行拋光，使涂層表面沒有劃痕即可，再將其放入無水乙醇溶液中利用超聲波震蕩清洗。對非晶涂層進(jìn)行15n載荷10min無潤滑條件的磨損實(shí)驗(yàn)，然后在摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測試，并在此過程中經(jīng)系統(tǒng)軟件直接計(jì)算材料的摩擦系數(shù)為0.42，磨損量為0.03g/cm2，圖8為實(shí)施例1制備的涂層的摩擦系數(shù)隨時(shí)間變化曲線，可見摩擦系數(shù)得到提高，涂層耐磨性增強(qiáng)，摩擦磨損后的涂層場發(fā)射電鏡掃描圖像見圖4，可見涂層表面磨損后有明顯凹槽，磨損已粘著磨損為主，耐磨性較好。實(shí)施例2-5本組實(shí)施例只有熱處理工藝參數(shù)與實(shí)施例1中不同，將fe78si9b13非晶帶材換成fe83.3si4b12cu0.7非晶帶材其他工藝和成分與實(shí)施例1相同，其具體的熱處理參數(shù)及所得涂層的摩擦系數(shù)穩(wěn)定后的平均值見表1表1實(shí)施例2-5熱處理的具體參數(shù)及所得涂層摩擦系數(shù)實(shí)施例6-9本組實(shí)施例只有球磨工藝參數(shù)與實(shí)施例1中不同，將fe78si9b13非晶帶材換成fe84si4b12非晶帶材，其他工藝和成分與實(shí)施例1相同，其具體的球磨參數(shù)及所得涂層的摩擦系數(shù)穩(wěn)定后的平均值見表2實(shí)施例10-14本組實(shí)施例只有噴涂工藝參數(shù)與實(shí)施例1中不同，將fe78si9b13非晶帶材換成fe73.5cu1nb3si13.5b9非晶帶材其他工藝和實(shí)施例1相同，其具體的噴涂參數(shù)及所得涂層的摩擦系數(shù)穩(wěn)定后的平均值見表3實(shí)施例噴涂電壓（v）噴涂電流（a）噴涂距離（mm）摩擦系數(shù)磨損量(g/cm2)實(shí)施例1045600800.630.051實(shí)施例11506001000.540.041實(shí)施例12605001200.560.044實(shí)施例13704001400.490.037實(shí)施例14804001500.620.051實(shí)施例15-19本組實(shí)施例只有出粉口距離和有無冷卻水與實(shí)施例1中不同，將fe78si9b13非晶帶材換成fe72si4b20nb4非晶帶材。其他工藝和實(shí)施例1相同，其具體涂層的摩擦系數(shù)穩(wěn)定后的平均值見表4。實(shí)施例冷卻水出粉嘴距離摩擦系數(shù)磨損量(g/cm2)實(shí)施例15有230.460.033實(shí)施例16有330.620.050實(shí)施例17無230.710.65實(shí)施例18無330.730.069當(dāng)前第1頁12