[發(fā)明專利]一種耐蝕的CuAlFeNi激光熔覆涂層材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410533040.2
• 申請(qǐng)日: 2014-10-10
• 公開（公告）號(hào): CN104328430A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊膠溪;文強(qiáng);李子陽;肖志勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C24/10
• 分類號(hào): C23C24/10;C22C9/01;C22C9/06
• 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)明涉及制備銅合金材料領(lǐng)域，尤其涉及銅合金的耐海水腐蝕材料體系和金屬表面激光熔覆涂層的方法。

背景技術(shù)：

銅合金具有良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能和耐腐蝕性能，摩擦系數(shù)較小，且具有較高的強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、化工及汽車等工業(yè)中。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。但是鋁青銅合金作為一些耐磨零件和耐蝕零件時(shí),因磨損與腐蝕失效帶來的經(jīng)濟(jì)損失是相當(dāng)嚴(yán)重的。對(duì)于工業(yè)中使用的銅合金器件，為保證其具備良好的減摩、耐腐蝕等性能，常規(guī)工藝均采用整體成形方法加工銅合金零件，銅合金消耗大，成本高，而零件的失效經(jīng)常發(fā)生在表面。因此，我們可在機(jī)械零件表面激光熔覆一定厚度的銅合金涂層，以代替整體銅合金零件。激光熔覆是一個(gè)非平衡態(tài)的快速冷卻過程，在凝固組織中能形成大量過飽和固溶體、介穩(wěn)相及析出新相并細(xì)化組織，并與基體實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，可得到綜合性能良好的涂層。

以鋁為主要添加元素的銅合金粉末，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、鉻可以阻止相變重結(jié)晶作用而細(xì)化晶粒，從而提高合金的力學(xué)性能。Fe的添加同時(shí)可以抑制γ₁相的形成和結(jié)網(wǎng)，提高耐蝕性能。銅和鎳可無限互溶形成連續(xù)固溶體，鎳的存在使銅鎳合金表面Cu₂O膜具有更大的穩(wěn)定性，銅離子有毒，使得銅鎳合金具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和抗生物污染的能力，且隨著鎳的加入，加強(qiáng)了Fe元素的擴(kuò)散作用，使涂層中大量Fe元素固溶進(jìn)α-Cu中，不再以α-Fe單質(zhì)形式析出；另一方面，電極表面生成的氧化鎳的能阻擋Cu離子進(jìn)入溶液，氧化鎳的存在使銅鎳合金電極表面Cu₂O膜具有更大的穩(wěn)定性。采取此種銅合金粉末體系并結(jié)合激光熔覆技術(shù)，獲得的熔覆涂層具有一定厚度、冶金質(zhì)量良好、組織分布均勻、較優(yōu)異耐蝕性能等特點(diǎn)，在機(jī)械、化工及石油等工業(yè)有良好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容：

發(fā)明涉及一種耐蝕的CuAlFeNi激光熔覆涂層材料及其制備方法。

一種耐蝕的CuAlFeNi激光熔覆涂層材料及其制備方法，其特征在于質(zhì)量百分比如下：75-88wt％Cu、8-11wt％Al、0.1-3wt％Fe、0.1-0.5wt％Cr、0.1-0.5wt％Ti和1.5-9wt％Ni。

其制備過程包括以下步驟：

(1)設(shè)計(jì)好銅合金粉末配比，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10-100μm的球形粉末；或者采用粒度為10-120μm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2-5小時(shí)，以得到混合均勻的粉末；

(2)將粉末放置在干燥箱內(nèi)4小時(shí)，干燥溫度設(shè)置為100-150℃；

(3)選取機(jī)械零件作為載體，利用同步送粉激光熔覆技術(shù)在零件表面上制備一定厚度的銅合金涂層，激光熔覆工藝參數(shù)為：所輸送的粉末束流與激光束呈40-60度角，粉末束流與激光束相交于零件表面，激光功率為1500-2500W，激光掃描速度為180-600mm/min，搭接率為30-60％，熔覆過程氬氣保護(hù)氣流量為10-15L/min，送粉速率15-40g/min。

按照此發(fā)明得到的銅合金熔覆涂層特征為：組織致密、無裂紋氣孔等缺陷、涂層同基體完全冶金結(jié)合。選擇不同的送粉速率、搭接率等參數(shù)，能獲得厚度為0.6-3.2mm的涂層，銅合金涂層組織枝晶均勻分布，主要由α-Cu、α-(Fe,Ni)、AlCu₃、Cu₉Al₄等物相組成，銅合金涂層整體硬度差異不大，在3.5％NaCl中性電解液條件下進(jìn)行電化學(xué)測試，熔覆涂層的腐蝕電流2.31×10^-7-6.53×10^-7A·mm^-2，耐蝕性能優(yōu)異。

附圖說明

圖1是實(shí)例1、2激光熔覆銅鎳合金耐蝕材料涂層界面SEM照片

圖2是實(shí)例1激光熔覆銅鎳合金耐蝕材料微觀組織SEM照片

圖3是實(shí)例1激光熔覆銅鎳合金耐蝕材料XRD照片

圖4是實(shí)例2激光熔覆銅鎳合金耐蝕材料涂層硬度照片

圖5是實(shí)例1-3激光熔覆銅鎳合金耐蝕材料動(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：