技术摘要：
本发明公开了耐海洋腐蚀Al‑Ni‑Nb非晶涂层材料及涂层制备方法和应用，所述的材料由铝带外皮包覆合金粉芯制成，粉芯丝材成分原子百分比范围为：8~16 at.%Ni、5~10 at.%Nb、余量Al；粉芯填充率为32~40%，粉芯丝材的直径为2mm。Al‑Ni‑Nb非晶涂层制备方法的步骤为：(a) 全部
背景技术：
海洋环境涉及气象、流体、物理、化学以及生物等多领域复杂因素，海洋装备和海 洋工程长期服役于恶劣的海洋环境下，无法回避的是海洋工程材料的腐蚀损伤、磨蚀失效 和生物污损，成为严重制约重大海洋工程技术和装备发展的技术瓶颈之一，严重影响海洋 工程和装备的可靠性和寿命，带来巨大的经济损失。先进的热喷涂技术是提高海洋工程装 备关键部件性能的重要技术手段。传统热喷涂涂层材料逐渐不能满足先进海洋设备和机械 的防护需求，其面临更新换代的局面。改进传统海洋防护材料，针对海洋环境设计高性能、 耐腐蚀、环保、绿色的新型防护材料以及对其可应用性进行深度的探索己经迫在眉睫。
技术实现要素：
本发明的目的在于：为了克服现有技术的缺陷，针对传统的热喷涂金属涂层在严 苛海洋环境下耐磨防腐协同效果差、结合强度低、使用寿命短等难题，本发明提供了耐海洋 腐蚀Al-Ni-Nb非晶涂层材料及涂层制备方法和应用，利用高速电弧喷涂技术可实现高性能 Al-Ni-Nb非晶涂层的现场原位大面积制备，该技术简单易行，成本低，获得的非晶涂层具有 防腐耐磨双重功效，有效地延长海洋工程装备关键零部件的服役寿命。 技术方案：耐海洋腐蚀Al-Ni-Nb非晶涂层材料，该材料由铝带外皮包覆合金粉芯 制成，粉芯丝材成分原子百分比范围为：8~16 at.% Ni、5~10 at. % Nb、余量Al；粉芯填充 率为32~40%，粉芯丝材的直径为2mm。 作为本发明的一种优选，所述的耐海洋腐蚀Al-Ni-Nb非晶涂层材料，其特征在于， 粉芯丝材成分原子百分比范围为：8 at.% Ni、10 at. % Nb、余量Al；粉芯填充率为34%，粉 芯丝材的直径为2mm。 作为本发明的一种优选，所述的耐海洋腐蚀Al-Ni-Nb非晶涂层材料，其特征在于， 粉芯丝材成分原子百分比范围为：10 at.% Ni、5 at. % Nb、余量Al；粉芯填充率为32%，粉 芯丝材的直径为2mm。 作为本发明的一种优选，所述的耐海洋腐蚀Al-Ni-Nb非晶涂层材料，其特征在于， 粉芯丝材成分原子百分比范围为：12 at.% Ni、6 at. % Nb、余量Al；粉芯填充率为36%，粉 芯丝材的直径为2mm。 作为本发明的一种优选，所述的耐海洋腐蚀Al-Ni-Nb非晶涂层材料，其特征在于， 粉芯丝材成分原子百分比范围为：16 at.% Ni、8 at. % Nb、余量Al；粉芯填充率为40%，粉 芯丝材的直径为2mm。 耐海洋腐蚀Al-Ni-Nb非晶涂层材料的涂层制备方法，包括如下步骤： (a)工件前处理：对工件表面进行喷砂处理，然后置于丙酮溶液中采用超声波进行清 3 CN 111593285 A 说 明 书 2/4 页 洗，烘干、备用； (b)制备Al-Ni-Nb非晶涂层：将步骤（a）中处理好的工件固定在操作台夹具上；然后将 Al-Ni-Nb粉芯丝材装入送丝机中，采用高速电弧喷涂设备制备涂层，具体工艺参数为：喷涂 电流120-160A，喷涂电压30-36V，喷涂距离200mm，压缩空气压力0.7MPa。 作为本发明的一种优选，涂层性能如下：所述的高速电弧喷涂制备的涂层性能如 下：非晶含量≥80%，孔隙率＜2%，结合强度≥25MPa，平均维氏硬度≥350 Hv。 所述的高速电弧喷涂Al-Ni-Nb非晶涂层可应用于海洋工程装备、船舶、海洋工程 材料以及海上风电等关键装备部件在严酷海洋环境下表面磨损与腐蚀防护。 本发明的原理在于：为了改善传统铝涂层易发生点蚀等失效现象，在铝基体中添 加Ni元素来提升铝基体的电位和抗点蚀能力，从腐蚀动力学和热力学角度改善了铝涂层耐 蚀性能。通过Nb元素的添加，阻碍了熔融喷涂粒子内部原子间的扩散行为，使得合金的粘度 增大；另外合金组成中Al-Ni混合热焓为-22kJ/mol，Al-Nb的混合热焓为-18kJ/mol，而Ni- Nb的混合热焓为-30kJ/mol，随着Nb元素的添加进一步增大了合金的负混合热焓，促进了各 组元之间的相互间结合，使得单个喷涂粒子内部原子形成无序的分布，这将进一步有利于 非晶的形成。同时根据深共晶准则理论和Al-Ni-Nb三元合金相图，优化了合金深共晶成分， 从而设计了不同元素配比的粉芯丝材。 有益效果：（1）本发明通过合理设计粉芯各组分的含量，采用高速电弧喷涂技术可 在钢基体上实现大面积铝基非晶涂层现场原位施工制备；（2）本发明所述涂层的非晶含量 ≥80%，孔隙率＜2%，结合强度≥25MPa，平均维氏硬度≥350 Hv；（3）本发明所述涂层具有优 异的耐海洋腐蚀与磨损性能，为海洋工程装备、船舶、海洋工程材料以及海上风电等关键装 备部件在严苛海洋环境中表面腐蚀和防护问题的解决提供了一种行之有效的措施，应用前 景广阔。 附图说明 图1为实施例1制备非晶涂层的显微硬度分布图； 图2为实施例2制备非晶涂层截面形貌图； 图3为实施例3制备非晶涂层X射线衍射图谱； 图4为实施例4制备非晶涂层在氯化钠溶液中极化曲线图。
