制備鋁基非晶涂層的新工藝

鋁基非晶合金材料不僅具有高的比強度,還具有良好的韌性、超塑性、耐磨性和耐蝕性等優(yōu)點,是一種具有廣闊應用前景的新型結構材料。鋁基非晶合金材料可以采用急冷法或機械合金化等方法來獲得,但這些方法所獲得的材料,通常是帶材、絲材或者粉末,將這些材料制備成可利用的塊狀材料,尚需要一些特殊的成型工藝。目前制備塊體鋁基非晶合金的方法有溫擠壓法、熱擠壓法、動能成型法、粉末軋制法、噴射成型法、超高壓固結成型法、電火花燒結法等。以上這些制備成型工藝均可獲得較為純凈的鋁基非晶態(tài)合金材料,且具有優(yōu)異的性能,但是這些方法存在過于繁瑣的缺點,不符合成形制備一體化思想,而且生產(chǎn)周期較長,成本較高。

與傳統(tǒng)制備方法相比,熱噴涂技術在制備非晶材料方面具有其獨特的優(yōu)勢,該技術不僅可快速升溫熔化材料,同時具有快速冷卻凝固材料的特征,有利于形成非晶相涂層;而且采用熱噴涂技術,既可以發(fā)揮熱噴涂優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的優(yōu)勢,又可以獲得具有優(yōu)質(zhì)耐磨、防腐等性能的表面防護涂層。因此,采用熱噴涂技術制備鋁基非晶涂層是鋁基非晶合金材料制備的新拓展,具有廣闊的工業(yè)應用前景。

目前,采用熱噴涂技術制備非晶態(tài)合金的工藝主要有等離子噴涂、超音速火焰噴涂和高速電弧噴涂等制備工藝。等離子噴涂和超音速火焰噴涂采用的原材料為預制的非晶粉末,而高速電弧噴涂基于材料制備與成形一體化的思路,噴涂含有非晶涂層形成元素的粉芯絲材,在噴涂過程中可實現(xiàn)形成非晶涂層。雖然高速電弧噴涂技術在制備Fe基非晶納米晶復合涂層方面已經(jīng)有不少成功的報道,但采用該技術制備鋁基非晶涂層還是一個嶄新的研究領域。

最近,裝甲兵工程學院成功應用高速電弧噴涂技術制備出了鋁基非晶納米晶復合涂層。該高速電弧噴涂系統(tǒng)主要是該實驗室自行研制的由機器人控制的高速噴槍和電源系統(tǒng)組成。在噴涂前對基體試樣進行噴砂處理。經(jīng)過優(yōu)化的最佳噴涂工藝參數(shù)為:噴涂電壓為34V,噴涂電流為120A,空氣壓力為0.7MPa,噴涂距離為200mm。對所獲得的涂層檢測結果表明,涂層與基體結合良好,涂層組織較為致密,孔隙少;涂層呈現(xiàn)出典型的層狀結構,且層與層之間結合非常致密;涂層由非晶相和晶化相共同組成的。Al基非晶涂層的顯微硬度值約為HV311,與傳統(tǒng)制備方法獲得的鋁基非晶合金材料的顯微硬度值相當。據(jù)評估,此類材料很可能成為未來的防腐換代涂層材料。

裝甲兵工程學院的工作表明,在高速電弧噴涂過程中,熔化態(tài)液滴在基體表面扁平化過程中具有極高的冷卻速率,容易獲得非晶涂層或者非晶納米晶復合涂層,而且涂層的沉積率較高,成本低,在大面積制備鋁基非晶涂層方面將有重要的應用前景。