利用热喷涂技术制备基非晶/纳米晶涂层材料,可以发挥热喷涂优质、高效、低成本的优势来使材料表面得到强化或改性,使之获得Fe非晶/纳米晶所特有的优异功能,如耐磨、防腐、耐高温等。除了现在已经得到广泛研究的等离子喷涂或火焰喷涂技术之外,目前正在引起关注的一种新型热喷涂技术——电弧喷涂法显示了它许多独特优势。与前几种热喷涂技术采用预制的非晶粉末或非晶纳米晶复合粉末来喷涂非晶/纳米晶涂层不同,电弧喷涂技术是喷涂具有非晶形成能力的Fe基粉芯丝材(而不是预制非晶),在喷涂的动态过程中在基体上原位形成非晶/纳米晶涂层。
电弧喷涂技术是用两根连续送进的金属丝之间产生的电弧熔化金属,采用高压气流将其雾化并高速喷射至工作表面形成涂层的一种工艺。电弧喷涂过程中发生非平衡的熔化加热与冷却过程,熔化态的喷涂粒子在基体上扁平化过程中具有极高的冷却速度,故容易获得非晶/纳米晶复合涂层。与其它喷涂技术相比,电弧喷涂操作简单、涂层沉积效率高、成本低,适宜于大面积制备非晶/纳米晶复合涂层。此外,电弧喷涂过程中涂层和基体的平均表面温度一般低于300℃,所以特别适宜在表面活性大、熔点较低的镁合金等轻合金表面制备防护涂层,可以避免其它热喷涂技术对基体表面带来的高温氧化及烧损等问题。
电弧喷涂Fe基非晶/纳米晶复合涂层既有优异的耐磨损、防腐蚀性能,又有很强的成形潜力。据报道,有美国采用电弧喷涂技术获得的非晶/纳米晶喷涂层,具有结合强度高、硬度高、孔隙率和氧化物含量低、沉积效率高、耐磨耐腐蚀性能好等优点,可用于、航天航空等工业领域。如用成分为FeCrMoWBCSiMn的粉芯丝材制备锅炉管道防护用的非晶纳米晶复合涂层,涂层厚度为0.25mm时的结合强度为44.5MPa,孔隙率为2%~4%,氧化物含量约为5%,涂层中的非晶含量约占65%,可以喷涂10mm以上厚涂层,涂层在室温至600℃温度范围内表现出优异的抗冲蚀性能。
我国装甲兵工程学院采用自主研制的高速电弧喷涂系统,喷涂制备了FeBSiNb和FeBSiCrNbMnW系Fe基非晶/纳米晶复合涂层,涂层中的非晶相含量达到75%以上,孔隙率与氧化物含量均小于2%,结合强度平均值高达50MPa,涂层成形厚度突破8mm,耐磨损性能是3Cr13涂层的5~6倍,还具有优异的抗高温冲蚀性能。该涂层的结合强度、非晶含量、氧化物含量等指标均已超过国际先进水平。
综上所述,电弧喷涂Fe基非晶/纳米晶涂层,实现了丝材制备与成形一体化;成本低、效率高、设备操作简单,适合大面积快速制备涂层,是一种前景十分看好的热喷涂技术新技术。