一種制備非晶態(tài)鋁基合金多功能防護鍍層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于非晶材料鍍層技術(shù)與制備領(lǐng)域。涉及一種包括但不限于Al-MR-TM-TE和A1-ETM-LTM-TE類非晶態(tài)多元鋁合金系列材料的冷噴涂金屬合金鍍層，特別是涉及一種鋁基非晶AlssCe8NijP Al 91Ce4Fe5鍍層制備技術(shù)方法及其鍍層材料。
【背景技術(shù)】
[0002]1965年，Predecki和Giessen等人首次通過恪體極冷法制備出了招基非晶Al-Si。1981年，Inoue等人成功制備出完全的非晶結(jié)構(gòu)鋁合金系Al-Fe-B和Al_Co_B，但這種成分的非晶因為非常脆并沒有得到重視。1987年Inoue在Al-N1-Si和Al-N1-Ge合金系中得到了具有良好韌性的非晶，并在1998年全面總結(jié)了 Al-ETM-LTM和Al-MR-TM類的鋁基非晶合金系列，制備得到了具有良好韌性的鋁基非晶合金。1988年，Inoue等采用氣相霧化技術(shù)制備了該類合金的粉體材料。冷噴涂技術(shù)最早由俄羅斯的Papyrin等人于1980’ s發(fā)明，在1990’s引入美國，1994和1995年取得美國與歐洲發(fā)明專利，引起德、英、法、加、澳、日和韓等國高度重視和加速發(fā)展。2001年佛吉尼亞大學Scully等人率先研究該合金體系的電化學屬性，成功于2007年開發(fā)冷噴涂技術(shù)制造了稀土鋁合金特殊防護鍍層材料，在美國航空、航天與國防領(lǐng)域得到推廣應用。非晶鋁合金因具有高比強和優(yōu)異機械和耐蝕等性能，在航天航空國防和運輸工具等方面將發(fā)揮重要作用。近些年來，非晶鋁合金作為一種新型非晶合金引起材料研究者的普遍關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種工藝簡單、方法合理、便于工業(yè)化的制備非晶態(tài)鋁基合金多功能防護鍍層的方法。
[0004]為了解決上述的問題，本發(fā)明采用如下方式實現(xiàn)的:
[0005]一種制備非晶態(tài)鋁基合金多功能防護鍍層的方法，它包括有提供非晶態(tài)鋁合金的粉體材料的步驟以及基體材料移動的步驟，其中，它還包括有以下步驟:通過重力選擇送料裝置的步驟，通過高壓氣體分流進入粉體填料器帶動粉體的步驟，另一部分分流氣體經(jīng)過加熱器，與帶動粉體的氣流合并后，進入音速或超音速噴槍。
[0006]為本發(fā)明具有更好的技術(shù)效果，其還包括:
[0007]在進入音速或超音速噴槍時，氣體流量為6?80m3/h，氣流速度為400?100m/
So
[0008]非晶態(tài)鋁合金的粉體材料的顆粒度在120微米以下。
[0009]優(yōu)選的顆粒度分布為10?65微米。
[0010]高壓氣體的壓力范圍為0.2?4.5MPa，氣體為如氦氣、氮氣或空氣或其組合。
[0011]送料速度控制在0.2?10kg/h。
[0012]運載粉體飛行的速度達到400?1000m/S，噴槍出口位置與基體材料的垂直距離為10?10mm,基體被噴涂的橫截面積直徑為I?10mm。
[0013]所述的基體材料在機械手控制下的橫向移動速度為0.6?30m/min，粉體流量和沉積流量為0.2?10kg/h。
[0014]噴槍進氣口直徑在1.8?22mm,噴吼直徑0.5?5mm，進氣口到噴喉距離10?20mm,噴槍出口處直徑為0.5?1mm,噴喉到噴槍出口處距離為10?200mm,
[0015]基體材料在受控的情況下的橫向移動速度為0.6?30m/min，粉體流量和沉積流量為 0.2 ?10kg/ho
[0016]本發(fā)明的有益效果:
[0017]本發(fā)明采用的冷噴涂方法制備的包括但不局限于A1-ETM-LTM-TE類和Al-MR-TM-TE類非晶態(tài)鋁基合金鍍層材料，具有結(jié)構(gòu)致密、結(jié)合力好、強度高、涂層沉積率高，速度快，厚度均勻、耐蝕性能優(yōu)良、施工便利快捷等優(yōu)勢，對航天、航空、軍械、艦船、導彈等在各種極端環(huán)境條件下抵抗機械力學與環(huán)境化學破壞具有重要特殊防護功能。
【附圖說明】
[0018]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所做的詳細描述，本發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0019]圖1 (a)和圖(b)為本發(fā)明提供的冷噴涂涂覆得到的非晶態(tài)鋁基合金A188Ce8Ni4鍍層(a)橫截面與(b)表面的掃描電鏡形貌圖；
[0020]圖2為本發(fā)明提供的冷噴涂涂覆得到的非晶態(tài)鋁基合金A188Ce8Ni4鍍層XRD衍射圖；
[0021]圖3本發(fā)明提供的冷噴涂涂覆得到的非晶態(tài)鋁基合金A188Ce8Ni4鍍層電化學極化曲線圖；
[0022]圖4(a)和圖(b)為該非晶態(tài)鋁基合金A191Ce4Fe5鍍層(a)橫截面與(b)表面的掃描電鏡形貌圖；
[0023]圖5為該非晶態(tài)鋁基合金A191Ce4Fe5鍍層的XRD衍射圖；
[0024]圖6為該非晶態(tài)鋁基合金A191Ce4Fe5鍍層的電化學極化曲線圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干調(diào)整、優(yōu)化和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0026]本發(fā)明的實施例采用純金屬塊體Al 85?94at.%, ETM O?8at.%, LTM O?8at.%, TE O?Iat.%為原料，制備出多種成分的A1-ETM-LTM-TE系多元鋁基非晶合金；其中，所述的 ETM 為 T1、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta 或 W，LTM 為 Mn、Fe、Co、N1、Cu 或 Zn，TE為微量元素，如B、S1、Ga、Ge、As、Se、Sb或Te等。亦采用純金屬塊體Al 85_92at.%, MR4-9at.%, TM 3-12at.%, TE 0-lat.%，制備出多種成分的Al-MR-TM-TE系多元鋁基非晶合金；其中，所述MR為稀土元素或混合稀土，如La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 或 Y 等；TM 為過渡金屬元素，如 Sc、T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、N1、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta或W等；TE為微量元素，如B、S1、Ga、Ge、As、Se、Sb或Te等。本發(fā)明采用的原料均為市售的高純塊狀金屬，按照質(zhì)量分數(shù)其純度分別為Al彡99.99%,ETM彡99.99%,LTM彡99.99%,TE 彡 99.99%。
[0027]本發(fā)明采用氣相霧化的方式制備化學成分均勻、形狀規(guī)則、顆粒度及其分布好的非晶態(tài)鋁基合金粉體材料，具體如下:把按上述組分冶煉的鋁基合金塊狀材料在高溫下熔化為液態(tài)后，沿導流管連續(xù)流出，并在高速噴射的惰性氣體的作用下被霧化成細小的金屬液滴并快速冷卻，形成非晶態(tài)的固體顆粒。本發(fā)明中所采用的霧化噴嘴為自由降落式環(huán)孔噴嘴，霧化介質(zhì)為純氬氣(純度>99.9wt.% )，霧化溫度為800到1200°C，霧化介質(zhì)在氣壓為I?lOMPa、流量為20?2000L/min的氬氣流體沖擊下進行霧化。霧化后的非晶態(tài)鋁基合金粉體經(jīng)過篩分，使用120微米以下(粉體的最佳顆粒度分布為10?65微米)的粉體作為冷噴涂制備非晶態(tài)鋁基合金特殊防護鍍層的原料。
[0028]將上述篩分的非晶態(tài)鋁基合金粉體加入冷噴涂設備的填料機；將被沉積和保護的基體材料如鋼鐵、鋁合金、銅合金、鎂合金等，經(jīng)過噴砂、拋光和去脂脫污的機械與化學處理后與冷噴涂設備噴槍出口處垂直放置，相互距離為10?100mm，基體材料在智能機械手或人工控制下橫向移動速度為0.6?30m/min ;填料機中的非晶態(tài)鋁基合金粉體經(jīng)過防止堵塞的重力選擇裝置，調(diào)節(jié)其送料速度在0.2?10kg/h ;采用高壓氣體如氦氣、氮氣或空氣，壓強為0.2?4.5MPa，控制一部分氣體分流進入粉體填料器吹動粉體，另一部分經(jīng)過加熱器(溫度控制在室溫?300°C )，兩部分氣體匯合后，氣體流量控制在6?80m3/h，氣流速度為400?1000m/S，粉體在高壓氣流帶動下進入音速或超音速噴槍；噴槍的進氣口直徑為1.8?22mm，噴喉直徑為0.5?5mm，噴槍進氣口到噴喉距離10?20mm，噴槍出口處直徑為0.5?10mm，噴槍出口處為大氣壓強，噴喉到噴槍出口處距離為10?200mm，噴槍出口直徑與噴喉直徑的比例控制在I?20，使粉體顆粒的飛行速度達到400?1000m/S ;噴槍出口位置與基體材料的垂直距離為10?100mm，基體被噴涂的橫截面積直徑為I?10mm，基體材料在機械手控制下橫向移動速度為0.6?30m/min，粉體流量和沉積流量達到0.2?10kg/h ;由上述的冷噴涂技術(shù)工藝所制備的非晶態(tài)鋁合金防護鍍層根據(jù)需要可使沉積效率達到90%以上，鍍層厚度達到10?1000微米，沉積面積為10?1000cm2/min。鍍層的成分與粉體原成分相一致，非晶度高，孔隙率5%以下。
[0029]實施例一:
[0030]本實施例涉及冷噴涂技術(shù)沉積一種A188Ce8Ni4非晶態(tài)合金鍍層的方法。
[0031](I)將鋁基合金A188Ce8Ni4按照單質(zhì)元素質(zhì)量分數(shù)Al 63.65wt.%，Ce30.06wt.% ,Ni 6.29wt.%進行配置，把配置的高純Al、Ce和Ni金屬塊，放入高頻真空感應爐通過電磁攪拌使金屬成分混合反復加以熔煉，然后進行澆鑄；
[0032](2)將澆鑄的鋁基合金A188Ce8Ni4塊體裝入氣相霧化熔化坩禍內(nèi)，通過氬氣對過熱熔融鋁基合金A188Ce8Ni4液體進行霧化，霧化的非晶態(tài)鋁基合金A188Ce8Ni4粉體冷卻后，進行篩分。取得顆粒度120微米以下的粉體作為冷噴涂原料(最佳顆粒分布在10?65微米)，加入冷噴涂設備的填料機；
[0033](4)將被沉積和保護的金屬或合金基體材料如鋼鐵、鋁合金、銅合金、鎂合金等，經(jīng)過噴砂、拋光和去脂脫污的機械與化學處理后，與冷噴涂設備噴槍出口處垂直放置，相互距離為10?10Omm ；
[0034](5)非晶態(tài)鋁基合金粉體經(jīng)過防止堵塞的重力選擇裝置，調(diào)節(jié)其送料速度在0.2 ?10kg/h ；
[0035](6)采用高壓氣體如氦氣、