[發明專利]一種高錳鋁青銅表面攪拌摩擦加工改性層的制備方法

在審

• 申請號: 202010294210.1
• 申請日: 2020-04-15
• 公開（公告）號: CN111468817A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 宋亓寧;佟瑤;黃晨銘;李慧琳;孫守宇;許楠;包曄峰
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;C22C9/05
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 丁濤

本發明公開了一種高錳鋁青銅表面攪拌摩擦加工改性層的制備方法，其特征在于，包括下列步驟：步驟1：對鑄態高錳鋁青銅板進行打磨和清洗；步驟2：將預處理后的鑄態高錳鋁青銅板固定在攪拌摩擦焊接加工設備的夾持裝置上；步驟3：調整攪拌頭的加工參數，所述加工參數包括攪拌頭的傾斜角、轉速、行進速度和加工道次，隨后對鑄態高錳鋁青銅板進行攪拌摩擦加工。本發明通過攪拌摩擦加工，明顯細化了MAB鑄態組織，并提高了其硬度、及其在3.5% NaCl溶液中的耐腐蝕性能和抗空蝕能力，可應用于強化鑄態MAB船舶螺旋槳葉片，延長螺旋槳使用壽命。

技術領域

本發明涉及一種高錳鋁青銅表面攪拌摩擦加工改性層的制備方法，屬于表面改性領域。

背景技術

目前，我國處于建設“海洋強國”的關鍵時期，海洋開發、海防安全及海上交通貿易的頻繁對海上交通工具—船舶的服役性能要求越來越高。螺旋槳是船舶的重要推進裝置。海水是一種強腐蝕性介質，螺旋槳面臨腐蝕問題。此外，螺旋槳在海水中的高速旋轉導致其遭受因空化現象所帶來的空蝕問題。銅及其合金因具有優異的耐海水腐蝕行為，而廣泛應用于海洋環境。螺旋槳材料常用的銅合金有高強度錳黃銅、鋁青銅等。其中，常用的鋁青銅，如鎳鋁青銅和高錳鋁青銅因具有優異的耐海水腐蝕和空蝕性能而被廣泛應用于制備船用螺旋槳。與鎳鋁青銅相比，高錳鋁青銅（MAB）的鑄造性能更優。大型高速船用螺旋槳多采用鑄造制備而成，MAB因化學成分和鑄造過程組織轉變復雜，其鑄態組織粗大不均勻，且不可避免出現一些鑄造缺陷，如縮松縮孔等，這些會影響螺旋槳的力學性能、耐腐蝕和空蝕性能等。因此，為提高螺旋槳的服役壽命，對鑄態組織進行改性非常必要。

目前，常采用在螺旋槳用銅合金的表面制備耐腐蝕和空蝕涂層，或者是對受損螺旋槳表面進行堆焊修復，或采用激光重熔等方法在銅合金表面制備改性層或者熔覆層。然而涂層工藝面臨與基體結合力較差的問題，堆焊屬于熔焊，不僅需要額外的焊接材料，還會在焊接過程中引入較大應力、變形以及氣孔等焊接缺陷，激光重熔所產生的改性層及熔覆層也存在厚度有限等問題。攪拌摩擦加工，來源于攪拌摩擦焊，是一種通過攪拌頭的快速攪拌使材料內部發生劇烈塑性變形而發生固態相變、動態再結晶、組織碎化等過程。因其無需焊接材料，加工后工件的應力和變形小，組織細小均勻，在鋁合金、鎂合金鑄件的組織改性上廣泛應用。據此，有望采用攪拌摩擦加工對鑄態MAB進行組織細化和均勻化，以提高其耐腐蝕和空蝕性能。

發明內容

為了克服現有技術中的不足，本發明提出了一種高錳鋁青銅表面攪拌摩擦加工改性層的制備方法，通過攪拌摩擦加工在鑄態MAB表面制備改性層，細化改性層內組織，提高硬度、耐腐蝕性能以及抗空蝕性能。

本發明中主要采用的技術方案為：

一種高錳鋁青銅表面攪拌摩擦加工改性層的制備方法，包括下列步驟：

步驟1：對鑄態高錳鋁青銅板進行打磨和清洗；

步驟2：將預處理后的鑄態高錳鋁青銅板固定在攪拌摩擦焊接加工設備的夾持裝置上；

步驟3：調整攪拌頭的加工參數，所述加工參數包括攪拌頭的傾斜角、轉速、行進速度和加工道次，隨后對鑄態高錳鋁青銅板進行攪拌摩擦加工。

優選地，所述鑄態高錳鋁青銅中各成分的質量分數如下：Al為7.28%、Ni為2.10%、Fe為3.62%、Mn為12.35%以及Cu為74.65%。

優選地，所述步驟（1）中，依次采用240# 、400#、800#和2000#砂紙對鑄態高錳鋁青銅板進行打磨，并用酒精清洗后吹干。

優選地，所述鑄態高錳鋁青銅板的尺寸為300 mm×70 mm×6 mm。

優選地，所述步驟（3）中攪拌頭采用鎳基合金無針攪拌頭，其軸肩尺寸直徑15 mm。

優選地，所述攪拌頭的傾斜角為3°，轉速為800 r/min，行進速度為50 mm/min。