CN117127138A - 一种高硬度耐磨抗腐蚀铁基非晶合金线材及其制备方法 - Google Patents
一种高硬度耐磨抗腐蚀铁基非晶合金线材及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高硬度耐磨抗腐蚀铁基非晶合金线材，属于合金线材技术领域，芯部合金粉末由铁、铬、镍、钼、碳、硼、硅七种元素的合金粉末混合而成，化学分子式为FeaCrbN i cMOdCeBfS i g，式中a、b、c、d、e、f、g对应原子的摩尔百分含量，并且满足20≤b≤25，3≤c≤6，6.0≤d≤7，1≤e≤2.5％，3.5≤f≤5.5％，3≤g≤7.5％，a+b+c+d+e+f+g＝100，本发明精确控制芯部合金粉末元素组成以及含量配比，获得成分与结构均匀的铁基非晶合金线材，可以在镁合金材料表面形成致密、连续的铁基非晶合金涂层，具有较高硬度和耐腐蚀性，且与镁合金材料具有优异的结合性。
Description
技术领域
本发明属于合金线材技术领域，具体涉及一种高硬度耐磨抗腐蚀铁基非晶合金线材及其制备方法。
背景技术
镁合金具有切削加工性能良好、强度和比刚度高等特点，广泛应用于电子产品中、交通工具和航空航天领域，如AZ91合金，常作为汽车动力传动系统部件的材料，但其活泼的化学性质、较差的耐腐蚀和耐磨性限制了其进一步应用，亟需提高其硬度和耐磨性，同时保证耐蚀性。目前，往往通过优化合金成分增强镁合金的耐蚀性。WE43合金作为典型的稀土强化合金，相比于一般镁合金具有较好的耐蚀性，但改善合金成分往往工艺复杂、经济效益差且性能提升程度有限，而表面处理可以保持镁合金低密度的优点，不受合金体系限制，同时具有经济优势，表面改性技术能够增强镁合金表面的耐磨性，但往往无法制备均匀的合金化层，因此如何在镁合金表面制备兼具耐磨性和耐蚀性的涂层是目前的研究热点。
非晶合金同时具有玻璃和金属的特征而具备优越的物理和力学性能，近年来随着各种非晶合金体系的开发，已经发展出Mg、Fe、Cu、Ni基等体系，其中铁基非晶合金是目前应用最广泛的一类非晶合金，相比于其他非晶合金，具有优异的耐磨性、耐蚀性、韧性及理想的软磁性，原材料丰富且制备工艺成熟，将铁基非晶合金以涂层的形式制备可以突破非晶合金形成能力差的应用瓶颈。
铁基非晶合金涂层的制备需要用到铁基非晶合金线材，如中国专利CN107699843B公开一种制备高非晶含量涂层用的粉芯丝材及其制备方法和应用，丝材由430不锈钢外皮包覆粉芯组成，粉芯由七种元素的合金粉末混合而成，粉芯的填充率为37-39％，粉芯成分质量百分比含量范围如：6～15wt.％Cr、4～6wt.％B、3～5wt.％Si、4～7wt.％Nb、8～12wt.％Mo、1～2.5wt.％C、余量为Fe；但是铁和镁之间不产生金属间化合物，直接采用该专利中的丝材制备的涂层与镁合金基板间的集合界面存在大量缺陷，涂层容易脱落，难以持久发挥良好的耐磨、耐腐蚀作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高硬度耐磨抗腐蚀铁基非晶合金线材及其制备方法，解决现有铁基非晶合金线材制备的涂层在镁合金材料表面易脱落的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高硬度耐磨抗腐蚀铁基非晶合金线材，由不锈钢外皮和芯部合金粉末组成。
其中，芯部合金粉末由铁、铬、镍、钼、碳、硼、硅七种元素的合金粉末混合而成，化学分子式为FeaCrbNicMOdCeBfSig，式中a、b、c、d、e、f、g对应原子的摩尔百分含量，并且满足20≤b≤25，3≤c≤6，6.0≤d≤7，1≤e≤2.5％，3.5≤f≤5.5％，3≤g≤7.5％，a+b+c+d+e+f+g＝100。
本发明在芯部合金粉末中引入镍元素，镍元素和镁元素之间能够形成金属间化合物，通过原子扩散实现与镁合金基材的机械互锁，与铁基非晶合金涂层发生冶金结合，增加颗粒获得的能量、降低空隙率和氧化程度，进一步增强涂层与基体的结合强度。
作为优先地，22≤b≤24，进一步优选为23≤b≤24。
作为优先地，6.5≤d≤7。
将铬元素引入铁基合金体系中，能够在形成的涂层表面形成富铬的钝化膜，且钼的存在，进一步阻止了钝化期间铬的溶解，从而进一步地提高涂层的抗腐蚀性能，钼在体系中形成氧化钼和其他的复合钝化膜，提高涂层在Cl-离子等介质中的点腐蚀作用。
作为优先地，3≤c≤4，将镍元素引入铁基合金体系中，增加了合金体系的组元数，使体系混乱度增加，使涂层非晶含量增加，但是镍元素引入过多，由于镍和硅之间的混合焓大于铁和硅之间的混合焓，镍和硅之间的混合焓为-40kJ/mol，镍和硅之间的混合焓为-35kJ/mol，混合焓越负，原子之间越容易相互吸引形成原子对，因此，过多镍的引入会破坏铁硅固溶体的形成，同时使多余的铁更易与氧结合生成Fe0.98O相，使合金体系非晶形成能力降低，导致最终形成的涂层非晶含量下降，性质变差。
作为优先地，不锈钢外皮为304精密不锈钢带。
一种高硬度耐磨抗腐蚀铁基非晶合金线材的制备方法，步骤如下：
S1、按照上述芯部合金粉末的化学分子式进行称取原料，并置于混粉机中混合30-60min，得到混合粉体；
S2、将304精密不锈钢带经轧辊制成U型槽，之后将混合粉体通过传输带输送至U型槽内，经轧制使U型槽闭合形成圆形，再经过拉丝模逐级减径，拔制成直径2mm的线材，即可。
本发明的有益效果：
本发明精确控制芯部合金粉末元素组成以及含量配比，获得成分与结构均匀的铁基非晶合金线材，可以在镁合金材料表面形成致密、连续的铁基非晶合金涂层，具有较高的硬度和耐腐蚀性能，此外与镁合金材料具有优异的结合性能，对镁合金材料表面腐蚀和防腐问题的解决，提高一种行之有效的措施，应用前景广阔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高硬度耐磨抗腐蚀铁基非晶合金线材，由不锈钢外皮和芯部合金粉末组成。
其中，芯部合金粉末由铁、铬、镍、钼、碳、硼、硅七种元素的合金粉末混合而成，化学分子式为FeaCrbNicMOdCeBfSig，式中a、b、c、d、e、f、g对应原子的摩尔百分含量，并且满足b＝23，c＝3，d＝6.5，e＝1，f＝3.5，g＝3，a+b+c+d+e+f+g＝100。
不锈钢外皮为304精密不锈钢带。
该铁基非晶合金线材的制备方法，步骤如下：
S1、按照上述芯部合金粉末的化学分子式进行称取原料，并置于混粉机中混合30min，得到混合粉体；
S2、将304精密不锈钢带经轧辊制成U型槽，之后将混合粉体通过传输带输送至U型槽内，经轧制使U型槽闭合形成圆形，再经过拉丝模逐级减径，拔制成直径2mm的线材，即可。
实施例2
一种高硬度耐磨抗腐蚀铁基非晶合金线材，由不锈钢外皮和芯部合金粉末组成。
其中，芯部合金粉末由铁、铬、镍、钼、碳、硼、硅七种元素的合金粉末混合而成，化学分子式为FeaCrbNicMOdCeBfSig，式中a、b、c、d、e、f、g对应原子的摩尔百分含量，并且满足b＝23.5，3＝3.5，6.0＝6.8，e＝2，f＝5，g＝6，a+b+c+d+e+f+g＝100。
不锈钢外皮为304精密不锈钢带。
该铁基非晶合金线材的制备方法，步骤如下：
S1、按照上述芯部合金粉末的化学分子式进行称取原料，并置于混粉机中混合45min，得到混合粉体；
S2、将304精密不锈钢带经轧辊制成U型槽，之后将混合粉体通过传输带输送至U型槽内，经轧制使U型槽闭合形成圆形，再经过拉丝模逐级减径，拔制成直径2mm的线材，即可。
实施例3
一种高硬度耐磨抗腐蚀铁基非晶合金线材，由不锈钢外皮和芯部合金粉末组成。
其中，芯部合金粉末由铁、铬、镍、钼、碳、硼、硅七种元素的合金粉末混合而成，化学分子式为FeaCrbNicMOdCeBfSig，式中a、b、c、d、e、f、g对应原子的摩尔百分含量，并且满足b＝24，c＝4，d＝7，e＝2.5，f＝5.5，g＝7.5，a+b+c+d+e+f+g＝100；
不锈钢外皮为304精密不锈钢带。
该铁基非晶合金线材的制备方法，步骤如下：
S1、按照上述芯部合金粉末的化学分子式进行称取原料，并置于混粉机中混合60min，得到混合粉体；
S2、将304精密不锈钢带经轧辊制成U型槽，之后将混合粉体通过传输带输送至U型槽内，经轧制使U型槽闭合形成圆形，再经过拉丝模逐级减径，拔制成直径2mm的线材，即可。
对比例1
在实施例1的基材上，将Ni对应原子的摩尔百分含量c调整为2.5，铬、钼、碳、硼、硅对应原子的摩尔百分含量不变，保证a+b+c+d+e+f+g＝100。
对比例2
在实施例1的基材上，将Ni对应原子的摩尔百分含量c调整为6.5，铬、钼、碳、硼、硅对应原子的摩尔百分含量不变，保证a+b+c+d+e+f+g＝100。
对比例3
在实施例1的基材上，将Cr对应原子的摩尔百分含量b调整为0，铬、钼、碳、硼、硅对应原子的摩尔百分含量不变，保证a+b+c+d+e+f+g＝100。
对比例4
在实施例1的基材上，将Mo对应原子的摩尔百分含量d调整为O，铬、钼、碳、硼、硅对应原子的摩尔百分含量不变，保证a+b+c+d+e+f+g＝100。
采用实施例1、实施例2、实施例3和对比例1、对比例2、对比例3和对比例4获得的铁基非晶合金线材，对WE43镁合金基板，规格为100mm×100mm×10mm，表面经过棕刚玉喷砂粗化后，喷涂厚度为0.8mm的涂层，采用ARc-400高速电弧喷涂基喷制涂层，喷涂电压选用37V，喷涂电流为260A，风压力为0.6MPa，喷涂距离150mm，并对实施例和对比例制得的涂层进行测试，参照标准GB/T4340.1-2009测试硬度，参照标准GB/T8642-2002测试涂层与基板之间的结合强度，耐腐蚀性能：将各组制备的涂层在3.5wt％氯化钠溶液中浸泡5天后进行电化学腐蚀试验测试，测试自腐蚀电位和自腐蚀电流，测试结果如表1所示：
表1
由表1可以看出，相比于对比例1-4而言，实施例1-实施例3中获得的铁基非晶合金线材形成的涂层不仅硬度高，且耐磨性、耐腐蚀性好。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种高硬度耐磨抗腐蚀铁基非晶合金线材，其特征在于，由不锈钢外皮和芯部合金粉末组成；
其中，芯部合金粉末由铁、铬、镍、钼、碳、硼、硅七种元素的合金粉末混合而成，化学分子式为FeaCrbNi cMOdCeBfSi g，式中a、b、c、d、e、f、g对应原子的摩尔百分含量，并且满足20≤b≤25，3≤c≤6，6.0≤d≤7，1≤e≤2.5％，3.5≤f≤5.5％，3≤g≤7.5％，a+b+c+d+e+f+g＝100。
2.根据权利要求1所述的一种高硬度耐磨抗腐蚀铁基非晶合金线材，其特征在于，23≤b≤24。
3.根据权利要求1所述的一种高硬度耐磨抗腐蚀铁基非晶合金线材，其特征在于，3≤c≤4。
4.根据权利要求1所述的一种高硬度耐磨抗腐蚀铁基非晶合金线材，其特征在于，6.5≤d≤7。
5.根据权利要求1所述的一种高硬度耐磨抗腐蚀铁基非晶合金线材，其特征在于，不锈钢外皮为304精密不锈钢带。
6.根据权利要求1所述的一种高硬度耐磨抗腐蚀铁基非晶合金线材的制备方法，其特征在于，步骤如下：
S1、按照上述芯部合金粉末的化学分子式进行称取原料，并置于混粉机中混合30-60min，得到混合粉体；
S2、将304精密不锈钢带经轧辊制成U型槽，之后将混合粉体通过传输带输送至U型槽内，经轧制使U型槽闭合形成圆形，再经过拉丝模逐级减径，拔制成直径2mm的线材，即可。
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2023
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