CN105441861B - 一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材，其特征在于：丝材外皮为铝带，丝材填充率为40‑48%，粉芯丝材包括以下各元素，其原子百分比为：18 ‑ 25 at. % Ti、8 ‑ 12 at.% Ni、1‑3 at.%稀土Re、余量Al。其制备方法为：按照上述粉芯丝材元素组成百分比称重配料，放入混粉机内混合；将铝带扎成U形，向U形槽中添入加粉系数为40‑48%的上述混合后的粉末；然后将U形槽合口，把粉末包覆其中。经拉丝模，逐渐拉拔、减径，最后丝材的直径为2.0mm。本粉芯丝材有较强非晶形成能力，采用高速电弧喷涂技术制备的铝基非晶涂层具有优异的耐蚀性能，能显著提高海洋工程装备关键零部件的长效防腐和服役寿命。

Description

一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材
技术领域
本发明属于材料加工工程专业中的热喷涂领域，具体的说是涉及一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材，该粉芯丝材主要应用于海洋环境下钢结构关键零部件的腐蚀防护。
背景技术
地球表面71％是海洋，我国拥有300多万平方公里的蓝色国土。海洋是人类存在与发展的资源宝库和空间，海洋经济正成为全球经济新的增长点。随着我国建设海洋强国战略的确立，海洋资源的加快开发，沿海经济的飞速发展，海洋用新材料产业已经成为当今科技创新最为活跃的领域之一。然而海洋装备和海洋工程用材料的腐蚀和生物污损问题也已经严重制约了我国建设海洋强国的步伐。我国每年由于腐蚀造成的损失约为GDP的5％，其中海洋腐蚀所占比例超过三分之一：以2014年为例，我国当年的腐蚀损失高达3.2万亿元，其中海洋腐蚀占1.1万亿元；而且我国沿海地区基础设施建设还处于大量投入阶段，更多的海港装备和设施正在建造和投入使用中，可以预见在未来三五十年，将会产生巨额的维护费用。海洋腐蚀已经成为影响船舶、近海工程、远洋设施服役安全、寿命、可靠性的最重要因素，引起世界各国政府和工业界的高度重视。根据美国学者提出的“五倍定律”，如果防腐工作到位，25％～40％的腐蚀损失是可以避免或延缓的，而其中效果最好、性价比最高的方法就是制备高性能的防腐蚀涂层。因此，作为海洋经济新一代高新技术的基础和先导，海洋防腐新材料的研发以及腐蚀防护工作已成为发展中急需解决的重要课题，大力发展海洋工程防腐新材料和技术，对于保障海洋工程和船舶的服役安全与可靠性，降低重大灾害性事故的发生，延长海洋构筑物的使用寿命具有重大意义。
发明内容
本发明目的在于克服现有电弧喷涂铝基非晶涂层材料种类体系偏少等问题，本发明提供了一种新型的AlNiTiRe非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材，利用高速电弧喷涂该粉芯丝材制备出涂层具有结构致密，非晶含量高和优异的耐蚀性能等特点。
本发明实现上述目的的技术方案是：
一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材，其特征在于该粉芯丝材外皮所用带材为铝带，粉芯丝材填充率为40-48％，粉芯丝材包括以下各元素，其原子百分比为：18-25at.％Ti、8-12at.％Ni、1-3at.％稀土Re、余量Al。
所述的一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材，其特征在于，所述粉芯丝材包括以下各元素，其原子百分比为：25at.％Ti、8at.％Ni、1at.％Re、余量Al。
所述的一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材，其特征在于，粉芯丝材的成分按原子百分比为：22at.％Ti、9at.％Ni、1.5at.％Re、余量Al。
所述的一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材，其特征在于，粉芯丝材的成分按原子百分比为：20at.％Ti、10at.％Ni、2at.％Re、余量Al。
所述的一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材，其特征在于，粉芯丝材的成分按原子百分比为：18at.％Ti、12at.％Ni、3at.％Re、余量Al。
一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材的方法，其制备步骤如下：
1)按照上述各种粉芯丝材元素组成百分比称重配料，将所取的粉末放入混粉机内混合60min；
2)将铝带扎成U形，再向U形槽中加入占喷涂粉芯丝材总重40-48％的上述混合后的合金粉末；
3)将U形槽合口，把粉末包覆在其中，经过拉丝模，逐渐拉拔、减径，最后丝材的直径为2mm，得到所述的粉芯丝材。
本发明有益的效果：合理设计粉芯各组分的含量，采用现有高速电弧喷涂技术可在冷却的钢基体上形成致密的铝基非晶涂层；该涂层耐蚀性能优异，为海洋装备工程装备关键零部件表面腐蚀和防护问题的解决，提供一种行之有效的措施，应用前景广阔。
附图说明
附图1：实施例1制备的铝基非晶涂层的截面形貌，
附图2：实施例2制备的铝基非晶涂层的硬度分布图，
附图3：实施例3制备的铝基非晶纳米晶的X射线衍射图谱，
附图4：实施例4制备的铝基非晶涂层的表面形貌
具体实施方式
本发明通过如下措施来实现：
实施例1：一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材及其制备方法
选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的纯铝带，先将其扎成U形，按照粉芯丝材各元素原子百分比为：25at.％Ti、8at.％Ni、1at.％Re、余量Al，称重配料，将所取的粉末放入混粉机内混合60min后，将混合的粉末加入U形铝带槽中，填充率为40％，然后将U形槽合口，使粉末包覆在其中，再经过拉丝模逐渐减径至Φ2mm，将成品丝材绕制成出厂所需的盘状，经计量和包装后形成可以出厂的产品，利用高速电弧喷涂技术制备涂层所用的工艺参数：喷涂电压为32V，喷涂电流为140A，喷涂距离为200mm，喷涂气压为0.7MPa。
实施例1制备的非晶涂层截面形貌如图1所示，可以看出：涂层呈层状结构，其组织均匀，结构致密，只有少量的黑色孔隙存在于涂层之中，经分析涂层的孔隙率为1.8％。
实施例2：一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材及其制备方法
选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的纯铝带，先将其扎成U形，按照粉芯丝材各元素原子百分比为：22at.％Ti、9at.％Ni、1.5at.％Re、余量Al，称重配料，将所取的粉末放入混粉机内混合60min后，将混合的粉末加入U形铝带槽中，填充率为44％，然后将U形槽合口，使粉末包覆在其中，再经过拉丝模逐渐减径至Φ2mm，将成品丝材绕制成出厂所需的盘状，经计量和包装后形成可以出厂的产品，利用高速电弧喷涂技术制备涂层所用的工艺参数：喷涂电压为36V，喷涂电流为150A，喷涂距离为200mm，喷涂气压为0.7MPa。
实施例2制备的铝基非晶涂层截面硬度如图2所示，涂层的平均硬度为377HV。
实施例3：一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材及其制备方法
选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的纯铝带，先将其扎成U形，按照粉芯丝材各元素原子百分比为：20at.％Ti、10at.％Ni、2at.％Re、余量Al，称重配料，将所取的粉末放入混粉机内混合60min后，将混合的粉末加入U形铝带槽中，填充率为48％，然后将U形槽合口，使粉末包覆在其中，再经过拉丝模逐渐减径至Φ2mm，将成品丝材绕制成出厂所需的盘状，经计量和包装后形成可以出厂的产品，利用高速电弧喷涂技术制备涂层所用的工艺参数：喷涂电压为34V，喷涂电流为160A，喷涂距离为200mm，喷涂气压为0.7MPa。
实施例3制备的铝基非晶涂层的X射线衍射图谱见图3，可以看出，在2θ＝45°处出现了一个漫散射峰，这是典型的非晶态结构的XRD图谱，说明在涂层在沉积过程中形成了非晶结构。
实施例4：一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材及其制备方法
选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的纯铝带。先将其扎成U形，按照粉芯丝材各元素原子百分比为：18at.％Ti、12at.％Ni、3at.％Re、余量Al，称重配料，将所取的粉末放入混粉机内混合60min后，将混合的粉末加入U形铝带槽中，填充率为45％，然后将U形槽合口，使粉末包覆在其中，再经过拉丝模逐渐减径至Φ2mm，将成品丝材绕制成出厂所需的盘状，经计量和包装后形成可以出厂的产品，制备涂层所用的工艺参数：喷涂电压为32V，喷涂电流为140A，喷涂距离为200mm，喷涂气压为0.65MPa。
经检测实施例4制备的非晶涂层的表面形貌如图4所示，可以看出单个粒子在涂层表面能很好的铺展，粒子间结合良好，未发现微裂纹存在。

Claims (6)

1.一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材，其特征在于该粉芯丝材外皮所用带材为铝带，粉芯丝材填充率为40-48%，粉芯丝材包括以下各元素，其原子百分比为：18 - 25 at. %Ti、8 - 12 at.% Ni、1-3 at.%稀土Re、余量Al。
2.按照权利要求1所述的一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材，其特征在于，所述粉芯丝材包括以下各元素，其原子百分比为：25 at. % Ti、8 at.% Ni、1 at.% Re、余量Al。
3.按照权利要求1所述的一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材，其特征在于，粉芯丝材的成分按原子百分比为：22 at. % Ti、9 at.% Ni、1.5 at.% Re、余量Al。
4.按照权利要求1所述的一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材，其特征在于，粉芯丝材的成分按原子百分比为：20 at. % Ti、10 at.% Ni、2at.% Re、余量Al。
5.按照权利要求1所述的一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材，其特征在于，粉芯丝材的成分按原子百分比为：18 at. % Ti、12 at.% Ni、3 at.% Re、余量Al。
6.一种制备权利要求1-5任一所述的一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材的方法，其制备步骤如下：
1）按照上述各种粉芯丝材元素组成百分比称重配料，将所取的粉末放入混粉机内混合60 min；
2）将铝带扎成U形，再向U形槽中加入占喷涂粉芯丝材总重40-48%的上述混合后的合金粉末；
3）将U形槽合口，把粉末包覆在其中，经过拉丝模，逐渐拉拔、减径，最后丝材的直径为2mm，得到所述的粉芯丝材。
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