一、一种半埋弧等离子熔覆合金涂层的方法

矿山采掘等工程机械中与岩石矿砂磨损的部件表面，一般都采用耐磨合金涂层的方法提高其使用寿命，常用的合金涂层方法有堆焊、焊合金块或等离子熔覆，其中由于等离子熔覆合金涂层质量好而获得了越来越广泛的应用。

目前等离子熔覆主要是同步合金送粉方法，即在等离子弧形成的表面熔池中送入一定量的合金粉末，经熔化混合冷凝后形成一定厚度的合金涂层。所存在的问题是，合金粉末散失率高，且散失的粉末不可回收利用，送粉均匀性差，导致粉末过多时熔化不充分产生夹生，或粉末过少时稀释率大等现象，而且涂层凝固时暴露于空气中易产生氧化夹渣气孔表面粗糙等弊病。

本发明的目的在于克服前述等离子熔覆涂层工艺的缺陷，提出一种半埋弧等离子熔覆合金涂层的生产方法。

专利优势：

(1)本发明在操作规程中虽然也是同步送份，但是由于合金粉末在前，埋弧焊焊剂在等离子弧后面，使得等离子弧不用伸入焊剂之下，只伸入合金粉末中，所以称为半埋弧。

(2)在熔覆层熔池凝固时，焊剂结成的渣壳和氩气共同起到保护作用，减少了氧化烧损；工艺稳定性好，保证了熔覆层合金成分均匀及厚度一致，且合金粉末没有任何散失浪费；表面熔池凝固时有渣壳的保温作用，容易形成垂直于基体表面的结晶，磨损时具有良好的磨损抗力。

(3)在渣壳保护下，熔覆层表面会自动流平除气且不会有氧化夹渣，从而形成光滑平整的熔覆表面，大大提高了熔覆层的内在和外在质量，并显著降低了生产成本。该方法还可获得传统等离子熔覆方法不能获得的均匀薄涂层，大大扩展了等离子熔覆的应用领域。

二、传送带托辊梯度耐磨涂层及其制备方法

胶带输送机是一种简便、安全、可靠的运输设备，在煤矿井下输送及选煤、洗煤等领域获得广泛应用。它的传动部件主要由滚筒及许多托辊组成。托辊的作用是支撑输送带和物料重量，并保证输送带垂度在设计限定的范围内，其支撑状况直接影响输送机的使用效果。在现有的技术中，托辊材料一般是采用金属材料或胶合材料，近年来也有采用陶瓷托辊的，如采用静压成型、高温烧结工艺制备的AL₂O₃-SiO₂陶瓷材料体系。

但是陶瓷托辊虽然硬度高，耐磨损性能好，但其抗弯曲强度不高、抗冲击力差、易碎、易折、成品率低。

针对上述问题，本发明结合矿用托辊工作环境及性能要求，开发出一种采用等离子喷焊反应技术，制备梯度镍基自熔性合金+TiB₂-TiC-Fe₂B-Fe₃C-WC高硬度陶瓷相强化的耐磨复合涂层，很好的解决了托辊在恶劣工况环境下的腐蚀和磨损问题。

专利优势：

(1)本发明在陶瓷涂层与碳钢托辊之间，采用镍基自熔性合金作为过渡层，浸润性好，与基体呈现良好的冶金结合，同时该过渡层缓解了涂层和基体材料的热应力，降低涂层中的残余应力，借助于镍基自熔性合金的支撑及硬质陶瓷相的强化作用，涂层表现出高的硬度和结合强度，可以更好地发挥陶瓷涂层的高耐磨性；另外，本发明过渡层材料，也具有一定的耐磨和耐腐蚀性能，并且硬度介于碳钢和TiB₂、TiC、WC等陶瓷相之间，在涂层和基体之间起到过渡作用，并且在等离子束射流的作用下，TiB₂、TiC、Fe₂B、Fe₃C、WC等陶瓷颗粒向过渡层中射入，陶瓷相由表层向基体是梯度过渡、均匀分布，进一步增加涂层的致密度与结合力。

(2)本发明陶瓷涂层采用自制的等离子喷焊反应粉末，在等离子喷焊过程中反应原位生成TiB₂、TiC、Fe₂B、Fe₃C等硬质陶瓷相，与粉末原料中的WC复合在一起，组成TiB₂-TiC-Fe₂B-Fe₃C-WC陶瓷涂层，提高碳钢托辊的耐磨性。

(3)本发明陶瓷涂层在制备过程中，选用镍基自熔性合金作为粘结基相，TiB₂、TiC、Fe₂B、Fe₃C、WC等高硬度陶瓷颗粒作为耐磨强化相，使涂层兼具有优异的耐磨损和耐腐蚀性能。

三、一种非晶合金热挤压装置及方法

非晶合金是20世纪材料领域的重大发现，材料内部原子排列呈长程无序短程有序结构，没有位错和晶界等缺陷。然而非晶合金在应用中面临两个问题：一是制品尺寸的限制，非晶合金的成分设计一直没有成熟、定量的理论，满足工程需要的大尺寸非晶合金制品的制备非常困难。二是与结构和性能完全不同的非晶合金的结合使用。

在众多非晶体系中，锆基非晶凭借其强大的玻璃形成能力(GFA)和宽的过冷液相区以及一系列优异的力学性能脱颖而出，成为研究和应用最为广泛的非晶合金。

现有技术中，关于非晶合金连接的技术主要有黏接和焊接方法。关于黏合方法，首先黏合剂的选择很受限制，再者黏接得到的连接接口强度并不理想，在环境光、热、湿气等因素下，黏合剂会产生老化断裂等现象。

本发明第一目的是提供一种非晶合金热挤压装置，该装置可以有效降低成型力，有效校直成型工件，通过凹模拼块和夹紧装置的配合，实现拆卸方便的同时防止挤压飞边的产生，提高成型精度。

专利优势：

(1)实现了非晶合金和异质铝/镁合金的纵向连接，扩大了非晶合金应用尺寸范围，可以在空间上实现铝/镁合金的塑韧性和非晶合金高硬度高耐磨耐蚀性的择优结合，解决非晶难以加工的困难，同时使得非晶更满足轻量化要求。

(2)挤压温度位于非晶合金过冷液相区和异质铝/镁合金的常规热挤压温度范围内，非晶合金与异质合金都处于低应力超塑性状态，利于降低挤压力，促进界面结合。

(3)热挤压过程中两种合金材料在模腔内受三向压应力状态，变形率大，促进异质材料在接触面的元素扩散，并可能在结合面形成微结构强化连接结构，促进界面结合，同时，大塑性变形会使铝/镁合金得到细晶强化。

(4)在热挤压过程中由于挤压温度和挤压速度的准确实时控制，使得制备出的结合工件在非晶部位保持良好的非晶状态，结合部位不产生金属间化合物，各结合部位保持原有功能。

(5)本发明挤压装置，凹模与夹紧套通过锥形面可实现紧密结合，紧固压板和夹紧套的螺栓固定，在凸模和凹模配合挤压过程中，两凹模拼块配合越来越紧，防止工件飞边的产生，同时利于拆卸。

(6)该发明设置的凹模和导向套可以有效较直挤出的工件，拼块设计可以更方便工件取出。

(7)本发明可以通过改变挤压型腔，成型腔带形状、凹模和凸模尺寸来生产具有不同截面形状和尺寸的非晶合金与异质合金连接体的型材。

(8)本发明对压力机设备没有特殊要求，挤压过程操作简单，无需大能量密度热源、无污染、安全经济。

四、一种以镁/镁合金为基体的多涂层复合材料及其制备方法

镁合金具有良好的生物相容性和力学相容性、第三代医用材料的可降解性和生物活性特征以及其他金属基生物材料和可降解高分子材料所不具备的性能。因此，镁合金作为新一代医用植入材料具有广泛的发展前景。不过，由于镁本身非常活泼，化学性质不稳定，在体内会迅速地发生腐蚀降解，从而引起一系列问题。因此，镁或镁合金作为体内植入材料使用时，其防腐处理是首先需要解决的技术问题之一。

近年来，表面改性成为现有技术中运用最为普遍的主要技术手段。为了达到充分的保护性能，涂层必须均匀、致密、与基底结合性好。而且，医用镁合金作为一种功能材料，特别需要从涂层结构与功能一体化的途径设计耐蚀性能优异、生物相容性良好的新型涂层。截至目前，人们已经研究出多种表面改性涂层与表面改性技术，并开发出了众多的产品。然而，现有技术所制造出的经过表面改性的镁合金产品，均存在诸多方面的不足，主要表现在如耐蚀性、生物相容性、结合力、耐久性等综合性能指标尚存在不足，其实际使用效果方面也不是特别理想。

本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种以镁/镁合金为基体利用自组装方法制备纳米SnO₂的多涂层复合材料及其制备方法。

专利优势：

(1)自组装方法操作简单，实验条件无特殊限制，环境友好，可根据所需的功能相对自由的实现各种不同类型的组装。

(2)纳米材料科学是一门新兴的并正在迅速发展的科学，利用纳米SnO₂填充经过微弧氧化处理的镁合金表面，从而达到对镁合金基体的封闭，阻止其与外界环境接触，增强耐蚀性能。另外根据层层组装方法，对纳米SnO₂进行改性处理，根据植入体的需求制备抗菌涂层、自修复涂层、超疏水涂层等各种不同类型、具备不同功能性的耐蚀性涂层，具有很好的优势及其可控性。

(3)我们所选取的实验材料将具备基本的生物相容性及生物可降解性，可以最大限度的满足镁合金作为植入体的需求。

(4)从腐蚀机理上看，有机聚合物将与无机物很好的结合，减少了外界离子对镁合金基体的浸蚀，起到长期的保护镁合金的作用。

成果联系方式:蒋学凯17660458662

电子邮箱：jszy@sdust.edu.cn