[發明專利]一種抗空蝕激光熔覆吸能鎳基復合涂層的制備方法

在審

• 申請號: 202310441701.8
• 申請日: 2023-04-23
• 公開（公告）號: CN116463624A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 王豫躍;范瑞君;劉鵬輝;何瑞臨;吳建鵬
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B22F1/10;C22C19/03;C22C32/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種抗氣蝕激光熔覆吸能鎳基涂層制備方法，屬于激光熱噴涂領域。步驟如下：將鎳基合金粉末及其改性成分混合球磨得到鎳基復合粉末；將鎳基復合粉末利用激光熔覆的方法于不銹鋼基體表面制成涂層；所述涂層通過彌散強化的方式達到了很高的硬度，與基體成冶金結合，結合強度高，并且能在空蝕的過程中析出強化相，達到吸收空蝕沖擊能的效果，抗空蝕性能好。

技術領域

本發明屬于激光熔覆以及激光熱噴涂技術領域，具體涉及一種抗空蝕激光熔覆吸能鎳基復合涂層制備方法。

背景技術

水輪機、螺旋槳等相關過流部件會因局部空蝕而導致運行效率降低，嚴重時會造成部件提前失效，從而引發安全事故，造成巨大的財產損失。隨著艦船、水泵和水輪機等裝備向著大型化和高速化方向發展，空蝕問題變得愈來愈突出，因此對材料的抗空蝕性能提出了更高的要求。目前，解決過流部件的空蝕問題主要從3個方面開展：一是通過優化部件的外形來減少空泡的產生；二是開發抗空蝕性能更優異的材料；三是借助表面處理技術，在基體材料表面制備抗空蝕性能更好的涂層或改性層。相比于前面兩種方法，通過制備表面耐空蝕涂層的方法不僅可以節省材料，降低成本，還不會改變工件基體的力學性能，是一種較為經濟、有效的方法。

目前，高硬度涂層是當下乃至未來一段時間內的主要空蝕防護方式，但這些涂層大多都處于實驗研究階段，這主要受制于成本以及工藝。工藝方面，常用的有電鍍，氣相沉積，熱噴涂及激光熔覆等，激光熔覆作為一種較為先進且綠色的表面工藝，具有結合強度高，熔覆效率高，無污染等特點，其應用前景備受關注。激光熔覆材料常用的有鐵基、鈷基和鎳基的自溶性合金粉末，其中鈷基性能出色但價格昂貴，也是目前激光熔覆中抗空蝕性能最好的材料，鐵基價格較為便宜但是性能難以滿足部件的需求，鎳基合金具有較好的高溫性能，抗氧化，耐磨耐蝕性等，逐漸在機械生產中獲得了廣泛的應用。

但是，鎳基合金粉末在使用時易使得激光熔覆層出現開裂等問題，這是由于熔覆時產生的脆性相富集于晶界，存在應力集中，激光熔覆的過程冷卻速率非常快，應力來不及釋放就會導致涂層宏觀尺度的開裂，涂層的裂紋會在空蝕的過程中成為破壞發生的首要場所，因此，鎳基合金激光熔覆涂層難以運用于抗空蝕領域。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種抗空蝕激光熔覆吸能鎳基復合涂層及其制備方法，以解決涂層開裂無法運用于抗空蝕領域空蝕的技術難題。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

本發明公開了一種抗空蝕激光熔覆吸能鎳基涂層的制備方法，包括：

1)將鎳基合金粉末、韌化金屬粉末、陶瓷強化相粉末和稀土氧化物粉末充分球磨混合均勻，制得鎳基復合粉末；

2)利用激光熔覆的方法，將步驟1)制得的鎳基復合粉末噴涂在不銹鋼基體表面，制得抗空蝕激光熔覆吸能鎳基復合涂層。

優選地，步驟1)中，所述鎳基合金粉末采用Ni45、Ni50、Ni55或Ni60等市售鎳基自溶性合金粉末，粒度為10～100μm。

優選地，步驟1)中，所述韌化金屬粉末采用鉭粉末或鈮粉末，粒度為30～50μm。鉭粉末或鈮粉末與碳反應的吉布斯自由能較低，在熔池中會優先與碳進行反應，從而避免粗大碳化物生成，進一步避免涂層開裂。

優選地，步驟1)中，所述陶瓷強化相粉末采用鉭碳化物、鈮碳化物、鉭硼化物或鈮硼化物，粒度范圍為20～30μm。陶瓷強化相粉末的作用是以彌散分布的方式對涂層進行強化，以中和韌化帶來的強硬度下降。

優選地，步驟1)中，所述稀土氧化物粉末采用氧化釔粉末，粒度范圍為30～70μm。其中，稀土元素具有凈化熔池的作用，可以改善涂層中氣孔和開裂等問題。

優選地，步驟1)中，韌化金屬粉末、陶瓷強化相粉末、稀土氧化物粉末和鎳基合金粉末的質量百分比為(5～20)：(10～50)：(0.1～5)：余量。