[發(fā)明專利]海洋平臺用鋼激光熱噴涂鋁涂層防海水腐蝕的裝置和方法

有效

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• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN104099555B
• 公開（公告）日: 2016-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孔德軍;張壘;王文昌;郭衛(wèi);付貴忠;葉存冬;王進(jìn)春;劉浩;郭皓元;謝春洋
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號: C23C4/12
• 分類號: C23C4/12;C23C4/08
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海洋平臺，特指海洋平臺用鋼激光熱噴涂鋁涂層防海水腐蝕的裝置和方法，為解決海洋平臺用鋼由于化學(xué)品污染、海水電解質(zhì)腐蝕和浪花撞擊、落潮和漲潮時干濕交替等因素造成的腐蝕問題，屬于材料表面改性技術(shù)。?

背景技術(shù)

海洋平臺主要用于油氣資源的開采，由于鹽類和化學(xué)污染物會加快腐蝕速率，高溫度的海水提供電解質(zhì)，加快了腐蝕過程，必須采取有效的防腐技術(shù)保護(hù)海洋平臺的正常運(yùn)行；海洋平臺長效防腐蝕一般采用表面涂層技術(shù)，要求達(dá)到20年以上防腐效果；為了盡可能避免海洋平臺的腐蝕帶來的不良后果，延長海洋平臺的使用壽命，開發(fā)更加長效的防腐蝕技術(shù)具有非常重要的意義；本發(fā)明提出的激光熱噴涂鋁涂層是一種新型的海洋平臺防腐蝕技術(shù)，它是利用激光作為熱源將鋁線材加熱至熔融狀態(tài)，以霧化的方式高速噴射到試樣表面，以便形成噴涂層，適用于海洋平臺的防腐涂層。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明專利涉及的海洋平臺用鋼激光鋁涂層系統(tǒng)如圖1所示，用F7卡斯格林光學(xué)系統(tǒng)可以聚焦成直徑為3-5mm的圓形激光束，對由送絲機(jī)構(gòu)輸送的鋁絲進(jìn)行加熱熔化，在氬氣保護(hù)下，在海洋平臺用鋼表面形成鋁涂層。?

所述的激光噴涂鋁涂層裝置，按照激光發(fā)射的方向依次包括激光系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、送絲系統(tǒng)、氣體保護(hù)系統(tǒng)和工作臺；光學(xué)系統(tǒng)能夠把激光系統(tǒng)發(fā)出的激光聚焦成圓形激光束，送絲系統(tǒng)包括絲盤、送絲滾輪和送絲銅導(dǎo)管，絲盤上的鋁絲通過送絲滾輪送入送絲銅導(dǎo)管中，直至激光聚焦處，氣體保護(hù)系統(tǒng)包括氣簾室和噴嘴，在激光系統(tǒng)的激光頭底端連接有氣簾室，氣簾室的底端連接有噴嘴，為同軸設(shè)置，激光頭內(nèi)設(shè)有激光束通道，氣簾室、噴嘴的中間均設(shè)有與激光束通道相對應(yīng)的氣簾室通道和噴嘴通道；工作臺上安裝有工件，位于激光聚焦處的前方。?

送絲系統(tǒng)的絲盤、送絲滾輪和送絲銅導(dǎo)管都是安裝在一個水平的工作臺面上，工作臺上的工件距離激光聚焦處的距離或者說工作臺或工件與氣體保護(hù)裝置最底端噴嘴的距離根據(jù)氣體保護(hù)裝置中噴嘴吹出的保護(hù)氣的速度和鋁液冷卻速度決定；一般地，保護(hù)氣流的速度在0.617-1.59g/s，冷卻速度在10³-10⁶K/s，工件距離激光聚焦處或者說工作臺或工件與氣體保護(hù)裝置最底端噴嘴的距離在10-15mm。?

所述的光學(xué)系統(tǒng)為F7卡斯格林光學(xué)系統(tǒng)，能夠把激光系統(tǒng)發(fā)出的激光聚焦成圓形激光束聚焦成3-5mm的圓形激光束。?

激光加工的具體工藝參數(shù)為：激光功率4KW-5KW，光斑直徑3-5mm。?

整體激光加工系統(tǒng)如圖2所示，包括輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)(驅(qū)動控制裝置)、機(jī)床電器控制裝置、機(jī)床本體和激光器；其中機(jī)床本體和激光器即為圖1激光噴涂系統(tǒng)示意圖中所示，是整個加工系統(tǒng)中用于加工的部分；工作臺位于機(jī)床本體上，激光系統(tǒng)包括激光器，激光器包括激光頭，此部分為常規(guī)技術(shù)手段，本發(fā)明專利不再詳細(xì)描述。?

用來控制機(jī)床本體伺服系統(tǒng)和控制激光系統(tǒng)的開、關(guān)和激光照射時間（即噴涂時間）和激光加工的工藝參數(shù)的數(shù)控裝置控制系統(tǒng)如圖3所示；此部分屬于常規(guī)技術(shù)手段，本發(fā)明專利不再詳細(xì)描述。?

在噴涂前對基體進(jìn)行噴砂預(yù)處理除去表面鐵銹和雜質(zhì)，選用鋁線材降低氧化率，鋁線材6061為半硬態(tài)，直徑為3?mm，純度>99.5%。?

根據(jù)不同的噴涂厚度要求和工件形狀要求通過圖3控制系統(tǒng)確定工作臺（或工件）移動速度、距離以及噴涂時間，一般板狀工件，其移動速率即相當(dāng)于激光掃描速率，可以控制在50-60mm/s，移動距離即為工件加工方向的長度，一次噴涂時間即為工件長度/移動速率，該噴涂方法一次可在工件表面形成100-200μm厚的鋁涂層；最后將表面噴鋁的工件放入加熱爐中進(jìn)行熱擴(kuò)散，溫度控制在430-450℃，經(jīng)過熱擴(kuò)散和熱噴涂后，用沸水法封住涂層孔隙。?

本發(fā)明專利主要特征：?

（1）激光快速凝固使鋁涂層表面為微晶和非晶質(zhì)材料，少量的孔隙用沸水封孔，涂層表面組織均為鋁涂層，抗腐蝕能力得到提高。

（2）涂層與基體形成良好冶金結(jié)合方式，提高涂層抗沖蝕能力。?

（3）激光熱噴涂對基體的影響區(qū)小，不易產(chǎn)生殘余應(yīng)力，不影響涂層中顆粒間結(jié)合力，不易產(chǎn)生脫落，可以保持涂層的完整性。?

附圖說明

圖1?激光噴涂系統(tǒng)示意圖。?

圖2?激光加工系統(tǒng)圖。?

圖3?數(shù)控裝置控制系統(tǒng)圖。?

圖4?鋁涂層表面形貌。?