[發明專利]一種復合強化鈦鎳涂層抗空蝕能力的方法

在審

• 申請號: 202010031406.1
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111139468A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 莊棟棟;田苗
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22F3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種強化鈦鎳涂層抗空蝕能力的方法，特指一種超聲振動和激光沖擊復合強化鈦鎳涂層抗空蝕能力的方法。本發明克服了傳統單一工藝的缺陷，利用超聲振動和激光沖擊作用最大程度細化鈦鎳涂層晶粒組織、在鈦鎳涂層組織表面及深度方向最大化預制殘余壓應力，增強馬氏體相變可逆性，加強逆相變引起的應變恢復，達到延長空蝕孕育期、遏制空蝕裂紋萌生與擴展以達到提高抗空蝕性能的目的。本發明的超聲振動和激光沖擊復合強化鈦鎳涂層方法，工藝流程簡單且效率高，可用于艦船動力部件制件及修復中，具有良好的經濟性和應用前景。

技術領域

本發明涉及一種強化鈦鎳涂層抗空蝕能力的方法，特指一種超聲振動和激光沖擊復合強化鈦鎳涂層抗空蝕能力的方法。

背景技術

泵、渦輪和螺旋槳等艦船動力部件在高速運行中經常出現空蝕問題，從而引起材料表面產生疲勞損傷，造成動力推進失效，其潛在危險巨大。選擇具有高抗空蝕性能制備材料是解決這一問題的有效途徑，鈦鎳合金能夠通過馬氏體相變吸收大部分空泡潰滅產生的沖擊能量，是理想的耐空蝕材料，鑒于原材料價格過高，且空蝕裂紋僅出現在表面，在部件表面激光熔覆鈦鎳涂層受到工業領域的廣泛關注。但隨空化脈沖應力的循環作用，鈦鎳涂層對空化能量的吸收能力顯著下降，削弱了鈦鎳涂層的強化效果，造成抗空蝕能力提高幅度遠低于理論值，在試驗階段就發生表層出現空蝕裂紋的情況。因此，如何增強鈦鎳涂層的強化效果以顯著提高艦船動力部件的抗空蝕性能是亟需解決的問題。

空化誘發鈦鎳涂層發生馬氏體相變過程時，劇烈的脈沖應力易同時引起涂層表面發生塑性變形，外力卸載時不能完全恢復為母相。在空化誘發馬氏體相變過程中，由于馬氏體與母相的相界面不協調極易引起相界處產生較大的殘余拉應力，在一定程度上加速了空蝕裂紋的萌生和擴展。因此，空化下易發生塑性變形和產生殘余拉應力是艦船動力部件采取激光熔覆鈦鎳涂層強化亟需解決的關鍵問題。

事實上，在材料表面預制殘余壓應力可以抑制相變過程中殘余拉應力產生和提高抗空蝕性能，這點已經獲得人們的共識。但是，針對空化誘發的脈沖應力在表層產生塑性變形抑制了馬氏體逆相變問題，強化母相以提高屈服應力(使誘發塑性變形的臨界應力大于馬氏體變體再取向的臨界應力)才是增強鈦鎳合金涂層相變可逆性的關鍵。細化晶粒組織是實現鈦鎳涂層母相強化的最佳途徑。基于這種考慮，有必要找到一種新的強化方法能夠同時對鈦鎳涂層產生表層組織細化和預制殘余壓應力的作用，這是解決在空化工況下激光熔覆鈦鎳涂層對空化能量吸收能力顯著下降問題的捷徑。

超聲振動能夠有效改善熔覆層組織的不均勻程度，使熔覆層組織更加細化，提高了熔覆層的組織致密性，但該技術產生的殘余壓應力數值較小。激光沖擊產生的殘余壓應力數值是超聲振動的3～5倍，但激光沖擊達到的組織細化程度不理想。

采用超聲振動和激光沖擊復合作用鈦鎳涂層的強化方法，克服了傳統單一工藝的缺陷，解決了不能同時對鈦鎳涂層最大程度形成表層組織細化和最大化預制殘余壓應力的問題，顯著提高鈦鎳涂層的抗空蝕能力。

發明內容

本發明提供一種超聲振動和激光沖擊復合強化鈦鎳涂層抗空蝕性能的方法，利用超聲振動和激光沖擊作用最大程度細化鈦鎳涂層晶粒組織、在鈦鎳涂層組織表面及深度方向最大化預制殘余壓應力，增強馬氏體相變可逆性，加強逆相變引起的應變恢復，達到延長空蝕孕育期、遏制空蝕裂紋萌生與擴展以提高抗空蝕性能的目的。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

(1)在銑床上對制備好的待加工工件表面上的激光熔覆鈦鎳涂層表面進行打磨，然后用酒精對打磨后的鈦鎳涂層進行清洗，得到平整的鈦鎳涂層表面；

(2)將待加工工件置于模具組件內，超聲振動組件置于模具下方，激光沖擊組件置于模具上方；

(3)使用超聲振動組件對待加工工件底面進行超聲振動；同時，激光沖擊組件發射出激光束輻照在約束層上并對激光熔覆鈦鎳涂層進行激光沖擊。