[发明专利]一种耐蚀的CuAlCr激光熔覆层材料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及铜合金合金材料领域，尤其是涉及铜合金的耐海水腐蚀材料体系和激光表面熔覆涂层的方法。

背景技术：

铝青铜具有许多优良的性能：高的强度、硬度和耐磨性、优良的耐蚀性和导热系数、稳定的刚度、具有形状记忆效应。因此铝青铜越来越受到人们青睐，在民用和军事工业中起着重要的作用。尤其是铝铜合金具有良好的耐海水腐蚀和抗海洋生物附着能力，可用来制造耐腐蚀零件，如螺旋桨、阀门、管道，在海洋工程中得到了广泛应用。为了提高铜合金良好的耐蚀性能和综合力学性能，可采用激光熔覆技术在不锈钢等基体表面制备铜合金熔覆层。激光熔覆技术是一种先进的表面改性技术，是以高能密度的激光为热源并辅助粉末束流，在零件基材表面沉积得到优异性能的合金材料，熔覆层与基材为冶金结合，并且其成分和性能可与基体材料完全不同。该技术在高附加值零件的表面强化及修复方面具有广阔的发展前景。

以铝为主要添加元素的铜合金材料，一般形成以α相为基体相，具有良好的力学性能和塑形变形能力。少量的铁、钛可以阻止相变重结晶作用而细化晶粒，从而提高合金的力学性能。Fe元素可以抑制γ₂相的形成和结网，提高耐蚀性能。铬元素可有效增加材料的耐蚀能力，而随着铬的加入，一方面，铁元素不再以α-Fe单质形式析出；另一方面，表面Cr的钝化形成Cr(OH)₃，它们的形成有利于提高耐蚀性。激光熔覆技术的广泛应用，对铜合金粉末材料的耐蚀性提出了更高的要求。利用所开发的铜合金粉末新体系并结合激光熔覆技术形成具有一定厚度、冶金质量良好、较优异耐蚀和综合性能的合金层，有良好的应用前景。

发明内容：

为了满足激光熔覆技术对铜合金材料耐蚀性的要求，特发明一种耐蚀的CuAlFeCr激光熔覆层材料的制备方法。

一种耐蚀的CuAlCr激光熔覆层材料的制备方法，其特征在于质量百分比如下：Al：9～12wt%、Cr：1.5～7.5wt%、Fe：0.8～3wt%、Ti：0.5～1.5wt%、余量Cu，其制备过程包括以下步骤：

（1）按上述组分的质量百分比称量、配置原料，将合金材料熔炼后采用雾化的方式得到铜合金粉体，合金过筛后得到20～120μm的粉末；或者采用粒度为20～120μm的单元素粉末按照上述合金配比在球磨机中进行粉末混合2～4小时，混合后得到均匀粉体；

（2）将粉末在干燥箱内烘干2～3小时，干燥温度为100～150℃；

（3）选取机械零部件作为载体，利用同步送粉激光熔覆技术在机械零件表面上制备铜合金层，激光熔覆制备过程的工艺参数为：所输送的粉末束流与激光束呈45-65°，粉末束流与激光束相交于零件表面，激光功率密度范围500W/mm²～1500W/mm²，光束扫描速度为180～600mm/min，激光熔覆过程采用流量为8～16L/min的氩气保护，送粉速率10～30g/min。

按照此发明得到的铜合金熔覆层组织致密、无裂纹、无气孔，与基体材料之间完全冶金结合，熔覆层厚度达到0.7-3mm，熔覆层组织主要由α、Cr、β′等物相组成，该合金在3.5%NaCl电解液条件下进行电化学测试，熔覆层的腐蚀电流1.35～1.85×10^-6A·cm^-2，具有优良的耐蚀性能。

附图说明

图1是实例1激光熔覆铜合金中铬颗粒SEM照片

图2是实例1激光熔覆铜合金微观组织SEM照片

图3是实例1激光熔覆铜合金XRD照片

图4是实例2激光熔覆铜合金截面SEM照片

图5是实例1、2、3激光熔覆铜合金动电位极化曲线照片

具体实施方式：

实施例1：

包括如下步骤：

（1）铜合金粉末的各组分按质量百分比设计为：Al：10.5wt%、Cr：4.5wt%、Fe：2wt%、Ti：1.0wt%、余量Cu，按上述组分的质量百分比称量该配比的单元素粉末，在球磨机中进行粉末混合2～4小时，混合后得到均匀粉体。

（2）将粉末在干燥箱内烘干3小时，干燥温度为100℃；

（3）将尺寸为150×100×2mm板状的316L不锈钢材料，用丙酮清洗擦拭干净，去除表面的油污和杂质。