制备铝基非晶涂层的新工艺

铝基非晶合金材料不仅具有高的比强度,还具有良好的韧性、超塑性、耐磨性和耐蚀性等优点,是一种具有广阔应用前景的新型结构材料。铝基非晶合金材料可以采用急冷法或机械合金化等方法来获得,但这些方法所获得的材料,通常是带材、丝材或者粉末,将这些材料制备成可利用的块状材料,尚需要一些特殊的成型工艺。目前制备块体铝基非晶合金的方法有温挤压法、热挤压法、动能成型法、粉末轧制法、喷射成型法、超高压固结成型法、电火花烧结法等。以上这些制备成型工艺均可获得较为纯净的铝基非晶态合金材料,且具有优异的性能,但是这些方法存在过于繁琐的缺点,不符合成形制备一体化思想,而且生产周期较长,成本较高。

与传统制备方法相比,热喷涂技术在制备非晶材料方面具有其独特的优势,该技术不仅可快速升温熔化材料,同时具有快速冷却凝固材料的特征,有利于形成非晶相涂层;而且采用热喷涂技术,既可以发挥热喷涂优质、高效、低成本的优势,又可以获得具有优质耐磨、防腐等性能的表面防护涂层。因此,采用热喷涂技术制备铝基非晶涂层是铝基非晶合金材料制备的新拓展,具有广阔的工业应用前景。

目前,采用热喷涂技术制备非晶态合金的工艺主要有等离子喷涂、超音速火焰喷涂和高速电弧喷涂等制备工艺。等离子喷涂和超音速火焰喷涂采用的原材料为预制的非晶粉末,而高速电弧喷涂基于材料制备与成形一体化的思路,喷涂含有非晶涂层形成元素的粉芯丝材,在喷涂过程中可实现形成非晶涂层。虽然高速电弧喷涂技术在制备Fe基非晶纳米晶复合涂层方面已经有不少成功的报道,但采用该技术制备铝基非晶涂层还是一个崭新的研究领域。

最近,装甲兵工程学院成功应用高速电弧喷涂技术制备出了铝基非晶纳米晶复合涂层。该高速电弧喷涂系统主要是该实验室自行研制的由机器人控制的高速喷枪和电源系统组成。在喷涂前对基体试样进行喷砂处理。经过优化的最佳喷涂工艺参数为:喷涂电压为34V,喷涂电流为120A,空气压力为0.7MPa,喷涂距离为200mm。对所获得的涂层检测结果表明,涂层与基体结合良好,涂层组织较为致密,孔隙少;涂层呈现出典型的层状结构,且层与层之间结合非常致密;涂层由非晶相和晶化相共同组成的。Al基非晶涂层的显微硬度值约为HV311,与传统制备方法获得的铝基非晶合金材料的显微硬度值相当。据评估,此类材料很可能成为未来的防腐换代涂层材料。

装甲兵工程学院的工作表明,在高速电弧喷涂过程中,熔化态液滴在基体表面扁平化过程中具有极高的冷却速率,容易获得非晶涂层或者非晶纳米晶复合涂层,而且涂层的沉积率较高,成本低,在大面积制备铝基非晶涂层方面将有重要的应用前景。