[發(fā)明專利]一種耐蝕的CuAlCr激光熔覆層材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310518308.0
• 申請(qǐng)日: 2013-10-28
• 公開（公告）號(hào): CN103540790A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊膠溪;王欣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C9/01
• 分類號(hào): C22C9/01;C23C24/10
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及銅合金合金材料領(lǐng)域，尤其是涉及銅合金的耐海水腐蝕材料體系和激光表面熔覆涂層的方法。

背景技術(shù)：

鋁青銅具有許多優(yōu)良的性能：高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性、優(yōu)良的耐蝕性和導(dǎo)熱系數(shù)、穩(wěn)定的剛度、具有形狀記憶效應(yīng)。因此鋁青銅越來(lái)越受到人們青睞，在民用和軍事工業(yè)中起著重要的作用。尤其是鋁銅合金具有良好的耐海水腐蝕和抗海洋生物附著能力，可用來(lái)制造耐腐蝕零件，如螺旋槳、閥門、管道，在海洋工程中得到了廣泛應(yīng)用。為了提高銅合金良好的耐蝕性能和綜合力學(xué)性能，可采用激光熔覆技術(shù)在不銹鋼等基體表面制備銅合金熔覆層。激光熔覆技術(shù)是一種先進(jìn)的表面改性技術(shù)，是以高能密度的激光為熱源并輔助粉末束流，在零件基材表面沉積得到優(yōu)異性能的合金材料，熔覆層與基材為冶金結(jié)合，并且其成分和性能可與基體材料完全不同。該技術(shù)在高附加值零件的表面強(qiáng)化及修復(fù)方面具有廣闊的發(fā)展前景。

以鋁為主要添加元素的銅合金材料，一般形成以α相為基體相，具有良好的力學(xué)性能和塑形變形能力。少量的鐵、鈦可以阻止相變重結(jié)晶作用而細(xì)化晶粒，從而提高合金的力學(xué)性能。Fe元素可以抑制γ₂相的形成和結(jié)網(wǎng)，提高耐蝕性能。鉻元素可有效增加材料的耐蝕能力，而隨著鉻的加入，一方面，鐵元素不再以α-Fe單質(zhì)形式析出；另一方面，表面Cr的鈍化形成Cr(OH)₃，它們的形成有利于提高耐蝕性。激光熔覆技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)銅合金粉末材料的耐蝕性提出了更高的要求。利用所開發(fā)的銅合金粉末新體系并結(jié)合激光熔覆技術(shù)形成具有一定厚度、冶金質(zhì)量良好、較優(yōu)異耐蝕和綜合性能的合金層，有良好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容：

為了滿足激光熔覆技術(shù)對(duì)銅合金材料耐蝕性的要求，特發(fā)明一種耐蝕的CuAlFeCr激光熔覆層材料的制備方法。

一種耐蝕的CuAlCr激光熔覆層材料的制備方法，其特征在于質(zhì)量百分比如下：Al：9～12wt%、Cr：1.5～7.5wt%、Fe：0.8～3wt%、Ti：0.5～1.5wt%、余量Cu，其制備過程包括以下步驟：

（1）按上述組分的質(zhì)量百分比稱量、配置原料，將合金材料熔煉后采用霧化的方式得到銅合金粉體，合金過篩后得到20～120μm的粉末；或者采用粒度為20～120μm的單元素粉末按照上述合金配比在球磨機(jī)中進(jìn)行粉末混合2～4小時(shí)，混合后得到均勻粉體；

（2）將粉末在干燥箱內(nèi)烘干2～3小時(shí)，干燥溫度為100～150℃；

（3）選取機(jī)械零部件作為載體，利用同步送粉激光熔覆技術(shù)在機(jī)械零件表面上制備銅合金層，激光熔覆制備過程的工藝參數(shù)為：所輸送的粉末束流與激光束呈45-65°，粉末束流與激光束相交于零件表面，激光功率密度范圍500W/mm²～1500W/mm²，光束掃描速度為180～600mm/min，激光熔覆過程采用流量為8～16L/min的氬氣保護(hù)，送粉速率10～30g/min。

按照此發(fā)明得到的銅合金熔覆層組織致密、無(wú)裂紋、無(wú)氣孔，與基體材料之間完全冶金結(jié)合，熔覆層厚度達(dá)到0.7-3mm，熔覆層組織主要由α、Cr、β′等物相組成，該合金在3.5%NaCl電解液條件下進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，熔覆層的腐蝕電流1.35～1.85×10^-6A·cm^-2，具有優(yōu)良的耐蝕性能。

附圖說明

圖1是實(shí)例1激光熔覆銅合金中鉻顆粒SEM照片

圖2是實(shí)例1激光熔覆銅合金微觀組織SEM照片

圖3是實(shí)例1激光熔覆銅合金XRD照片

圖4是實(shí)例2激光熔覆銅合金截面SEM照片

圖5是實(shí)例1、2、3激光熔覆銅合金動(dòng)電位極化曲線照片

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例1：

包括如下步驟：

（1）銅合金粉末的各組分按質(zhì)量百分比設(shè)計(jì)為：Al：10.5wt%、Cr：4.5wt%、Fe：2wt%、Ti：1.0wt%、余量Cu，按上述組分的質(zhì)量百分比稱量該配比的單元素粉末，在球磨機(jī)中進(jìn)行粉末混合2～4小時(shí)，混合后得到均勻粉體。

（2）將粉末在干燥箱內(nèi)烘干3小時(shí)，干燥溫度為100℃；

（3）將尺寸為150×100×2mm板狀的316L不銹鋼材料，用丙酮清洗擦拭干凈，去除表面的油污和雜質(zhì)。