[發(fā)明專利]一種激光兩步法在海洋平臺(tái)鋼表面制備鋁基非晶復(fù)合陶瓷涂層的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811155513.4
• 申請(qǐng)日: 2018-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109112461B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋仁國(guó);賀星;孔德軍;王超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C4/06
• 分類號(hào): C23C4/06;C23C4/12;C23C4/18
• 代理公司: 常州市英諾創(chuàng)信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32258
• 代理人: 王美華

本發(fā)明公開(kāi)了一種激光兩步法在海洋平臺(tái)鋼表面制備Al基非晶復(fù)合陶瓷涂層的方法包括如下步驟：(1)采用激光熱噴涂在干燥、清潔的海洋平臺(tái)鋼基體表面噴涂由Al粉、TiC粉、Ni粉及CeO₂粉末組成的均勻混合的Al基粉末材料，經(jīng)自然冷卻后，在海洋平臺(tái)鋼表面制得激光熱噴涂涂層；(2)將步驟一中制得的激光熱噴涂涂層表面進(jìn)行表面處理至潔凈干燥，然后進(jìn)行激光重熔，激光重熔的同時(shí)輔以液氮冷卻，制得Al基非晶復(fù)合陶瓷涂層。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，得到的Al基非晶復(fù)合陶瓷涂層幾率高，性能好，與基體結(jié)合能力強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海洋平臺(tái)鋼表面改性技術(shù)，具體涉及一種激光兩步法在海洋平臺(tái)鋼表面制備鋁基非晶復(fù)合陶瓷涂層的方法。

背景技術(shù)

非晶態(tài)合金由于其獨(dú)特的無(wú)序結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)、物理和化學(xué)等特性，如極高的強(qiáng)度、硬度，較好的耐腐蝕性以及理想的磁學(xué)、電學(xué)特性等，受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。而在廉價(jià)金屬基體表面制備非晶態(tài)合金涂層，可充分發(fā)揮非晶合金的性能，有效改善基體的表面性能。制備非晶合金的方法主要有：銅模鑄造法、吸鑄法、高壓鑄造法、擠壓鑄造法、水淬法、定向凝固法、機(jī)械合金化法等。然而，傳統(tǒng)的非晶合金制備方法存在著一些不足，如機(jī)械合金化法進(jìn)行合金化時(shí)所需時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率較低；而水淬法由于冷卻速率較低，一般只能應(yīng)用于非晶形成能力高的合金體系；此外，大部分方法所制備的非晶合金尺寸受限，塊體非晶合金制備困難。而在廉價(jià)金屬基體表面制備非晶態(tài)合金涂層，可充分發(fā)揮非晶合金的優(yōu)異性能，有效改善基體的表面性能。S355鋼作為目前歐洲應(yīng)用最廣泛的海洋平臺(tái)建設(shè)鋼種，但S355鋼在海洋特定的環(huán)境下很容易受到侵蝕，因此需開(kāi)發(fā)提高硬度、耐磨性、耐蝕性的表面處理技術(shù)。因而對(duì)S355鋼進(jìn)行表面改性成為其使用時(shí)必須進(jìn)行的工序。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究者們主要利用激光表面改性快熱快冷的特點(diǎn)，在金屬材料表面制備非晶涂層。激光熱噴涂(LTS)是一種先進(jìn)的表面改性技術(shù)，它通過(guò)氬氣將送粉器中的粉末送到基材表面，利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝，在基材表面形成冶金結(jié)合的涂層。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)激光非晶涂層的研究主要集中在碳鋼、鈦合金、鎂合金等金屬基體上熔覆Fe基、Zr基、Ni基、Cu基非晶涂層或非晶復(fù)合涂層，制備低熔點(diǎn)Al基非晶涂層體系方面的研究卻十分少見(jiàn)。并且得到的涂層一般很難避免氣孔和裂紋以及組織不均勻性等缺陷，也很難形成非晶或微晶涂層。因此控制涂層的微觀組織，抑制涂層晶化是利用激光技術(shù)制備高質(zhì)量非晶涂層的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一。已有研究表明對(duì)激光熱噴涂涂層進(jìn)行后續(xù)激光快速重溶有望獲得綜合性能優(yōu)異的非晶－納米晶復(fù)合組織。激光重熔(LM)是利用激光束將表面熔化而不加任何金屬粉末，已達(dá)到表面組織改善的目的，熔凝層與材料基體是天然的冶金結(jié)合。但激光重熔過(guò)程中，存在冷卻速度達(dá)不到臨界值RC(臨界冷卻速度critical cooling rate)，會(huì)嚴(yán)重影響鋁基非晶涂層的形成質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，我們以激光熱噴涂技術(shù)結(jié)合激光重熔技術(shù)，并在激光熔凝過(guò)程中輔以液氮冷卻，這樣不僅繼續(xù)加大冷卻速率，還可以排除雜質(zhì)和氣體，同時(shí)急冷條件下與仍處于冷態(tài)的基體形成極高的溫度梯度，經(jīng)自體熱傳導(dǎo)快速冷卻，當(dāng)冷速超過(guò)材料的臨界值RC時(shí)，即在表面直接形成微晶或非晶，所獲得的組織具有較高的硬度、耐磨性和抗蝕性。從而顯著改善基材表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性能，達(dá)到表面改性和修復(fù)的目的。

結(jié)合兩種表面改性技術(shù)在海洋平臺(tái)鋼表面上制備Al基非晶復(fù)合陶瓷涂層，將在海洋平臺(tái)用鋼上具有廣闊的應(yīng)用前景。利用激光熱噴涂加激光重熔兩種表面改性技術(shù)并輔以液氮快速冷卻技術(shù)制備Al基非晶復(fù)合陶瓷涂層也具有重要的科學(xué)價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

為了開(kāi)發(fā)出一種激光兩步法在海洋平臺(tái)鋼表面制備Al基非晶復(fù)合陶瓷涂層的方法，所采用的技術(shù)工藝包括以下步驟：