[发明专利]一种耐蚀的CuAlFeNi激光熔覆涂层材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及制备铜合金材料领域，尤其涉及铜合金的耐海水腐蚀材料体系和金属表面激光熔覆涂层的方法。

背景技术：

铜合金具有良好的导热导电性能和耐腐蚀性能，摩擦系数较小，且具有较高的强度，广泛应用于机械、化工及汽车等工业中。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。但是铝青铜合金作为一些耐磨零件和耐蚀零件时,因磨损与腐蚀失效带来的经济损失是相当严重的。对于工业中使用的铜合金器件，为保证其具备良好的减摩、耐腐蚀等性能，常规工艺均采用整体成形方法加工铜合金零件，铜合金消耗大，成本高，而零件的失效经常发生在表面。因此，我们可在机械零件表面激光熔覆一定厚度的铜合金涂层，以代替整体铜合金零件。激光熔覆是一个非平衡态的快速冷却过程，在凝固组织中能形成大量过饱和固溶体、介稳相及析出新相并细化组织，并与基体实现冶金结合，可得到综合性能良好的涂层。

以铝为主要添加元素的铜合金粉末，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、铬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的添加同时可以抑制γ₁相的形成和结网，提高耐蚀性能。铜和镍可无限互溶形成连续固溶体，镍的存在使铜镍合金表面Cu₂O膜具有更大的稳定性，铜离子有毒，使得铜镍合金具有优良的耐腐蚀性能和抗生物污染的能力，且随着镍的加入，加强了Fe元素的扩散作用，使涂层中大量Fe元素固溶进α-Cu中，不再以α-Fe单质形式析出；另一方面，电极表面生成的氧化镍的能阻挡Cu离子进入溶液，氧化镍的存在使铜镍合金电极表面Cu₂O膜具有更大的稳定性。采取此种铜合金粉末体系并结合激光熔覆技术，获得的熔覆涂层具有一定厚度、冶金质量良好、组织分布均匀、较优异耐蚀性能等特点，在机械、化工及石油等工业有良好的应用前景。

发明内容：

发明涉及一种耐蚀的CuAlFeNi激光熔覆涂层材料及其制备方法。

一种耐蚀的CuAlFeNi激光熔覆涂层材料及其制备方法，其特征在于质量百分比如下：75-88wt％Cu、8-11wt％Al、0.1-3wt％Fe、0.1-0.5wt％Cr、0.1-0.5wt％Ti和1.5-9wt％Ni。

其制备过程包括以下步骤：

(1)设计好铜合金粉末配比，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10-100μm的球形粉末；或者采用粒度为10-120μm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2-5小时，以得到混合均匀的粉末；

(2)将粉末放置在干燥箱内4小时，干燥温度设置为100-150℃；

(3)选取机械零件作为载体，利用同步送粉激光熔覆技术在零件表面上制备一定厚度的铜合金涂层，激光熔覆工艺参数为：所输送的粉末束流与激光束呈40-60度角，粉末束流与激光束相交于零件表面，激光功率为1500-2500W，激光扫描速度为180-600mm/min，搭接率为30-60％，熔覆过程氩气保护气流量为10-15L/min，送粉速率15-40g/min。

按照此发明得到的铜合金熔覆涂层特征为：组织致密、无裂纹气孔等缺陷、涂层同基体完全冶金结合。选择不同的送粉速率、搭接率等参数，能获得厚度为0.6-3.2mm的涂层，铜合金涂层组织枝晶均匀分布，主要由α-Cu、α-(Fe,Ni)、AlCu₃、Cu₉Al₄等物相组成，铜合金涂层整体硬度差异不大，在3.5％NaCl中性电解液条件下进行电化学测试，熔覆涂层的腐蚀电流2.31×10^-7-6.53×10^-7A·mm^-2，耐蚀性能优异。

附图说明

图1是实例1、2激光熔覆铜镍合金耐蚀材料涂层界面SEM照片

图2是实例1激光熔覆铜镍合金耐蚀材料微观组织SEM照片

图3是实例1激光熔覆铜镍合金耐蚀材料XRD照片

图4是实例2激光熔覆铜镍合金耐蚀材料涂层硬度照片

图5是实例1-3激光熔覆铜镍合金耐蚀材料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：