[发明专利]一种海洋环境使用的胞状和柱状组合结构涂层及制备方法

说明书

本发明公开了一种海洋环境使用的胞状和柱状组合结构涂层及制备方法，它是在预处理的基体上，利用激光束摆动熔覆第一层合金粉末，改变快速垂直枝晶为胞状晶，既提高熔覆层与基体的结合力，又阻隔液体腐蚀介质向着基体传输，提高耐蚀性；然后在获得的胞状晶熔覆层上，再利用激光束快速熔覆第二层合金粉形成表面合金层，不摆动，在胞状晶基础上再获得具有柱状结构的细密枝晶组织。本发明不但降低了适用于海洋环境材料的制作成本，同时提高材料的耐磨耐蚀性。

技术领域

本发明涉及一种海洋环境下耐磨耐蚀涂层及其制备方法，特别地具有胞状和柱状组合结构，属于金属材料表面处理领域。具体来讲就是公开了一种利用激光熔覆高效率地获得具有胞状和柱状组合结构的高熵合金涂层以及方法，同步提高耐磨、耐蚀性能，用于海工液压阀体、平台立柱、艉轴，极地破冰船船以及石油、化工等领域关键件表面强化，提高耐磨蚀性能2-5倍。

背景技术

在海洋资源开发、海工装备中，大量的关键件工作在复杂、严苛的磨损、腐蚀环境下，因为工件表面的防护涂层材料以及性能不合乎要求，而大大缩短了使用寿命，既带来安全隐患，也成为消耗最大的易损件。

目前常用的在表面获得涂层方式主要包括：电镀、涂装、激光和等离子熔覆、双金属复合熔铸或镶铸、金属-高分子等，皆是在不同的金属材料基材上制备不同的覆层。

中国专利公开号CN110616424A，公开了一种冷喷涂技术制备耐蚀耐磨铝基非晶复合涂层的方法，制备耐蚀耐磨铝基非晶复合涂层的方法，制备的铝基非晶复合涂层硬度高，涂层具有良好的抗蚀性，且耐磨性能大幅提高，是用于铝合金和镁合金材料表面耐腐蚀、耐磨损防护的理想选择。

中国专利公开号CN110423540A公开了一种汽车底盘用抗磨防腐蚀涂层的制备工艺，该发明制得的汽车底盘抗磨防腐蚀涂层较传统的底盘涂层抗磨损及防腐蚀性能大大提高，降低了底盘因石子撞击或常年腐蚀导致底盘损坏的几率，从而保证了汽车底盘的使用寿命。

中国专利公开号CN110438421A，公开了一种铝合金材料及铝合金固溶处理+PVD涂层同步强化方法，该发明处理得到的铝合金中PVD涂层与铝合金基体结合强度高，具有高的表面硬度、优异的耐腐蚀和耐磨损性能。

中国专利公开号CN110438489A公开了一种连铸结晶器铜材表面涂层的制备方法，先在结晶器铜材表面，采用沥青将镍粉粘结到表面，通过激光熔覆预制Ni基粘结层，然后对基材进行预热，接着在粘结层上通过同步送粉法进入钴粉和锆粉进行激光熔覆，制得组织良好，冶金致密结合的Ni-Co-Cr复合涂层，使硬度可以阶梯改变，铜基材的磨损量大概是Co基层的6.5倍，可见Ni-Co-Cr复合层非常耐磨，极大改善铜基材的磨损性能，有效减轻磨损，减少变形；本发明中锆基粉末热导率小，化学稳定性好，耐腐蚀性高，硬度高，耐磨性好，在外力诱导作用下，四方相(t-ZrO2)有可能发生向单斜相(m-ZrO2)的马氏体相变并伴随体积膨胀，耗散了部分能量、抵消了部分外力而起到增韧作用。

采用以上不同的涂层制备方法，可以提高不同环境下的耐磨耐蚀性能，但是针对海洋环境下，磨损、腐蚀相互矛盾的性能要求，通过材料组织和结构设计以及工艺实施，获得兼具耐磨、耐蚀性能的强冶金结合涂层的方法，还尚未见到报道。

申请人曾经申请并授权的2018113868472一种层片状和柱状复合结构的耐蚀耐磨涂层及制备方法，是利用等离子喷射和等离子熔射交替重复，从而获得沿厚度方向性能连续变化的多层的层、柱交替梯度结构。该技术可以提高涂层材料的抗冲击性能和耐腐蚀性，但是如果想获得超厚、强冶金结合强的涂层，需要等离子喷射和等离子熔射交替重复才可以实现，成本高，不易操作。

中国专利申请公布号CN106825930A一种激光电弧焊复合熔覆再制造铁道列车车轮的装置，提出了采用宽带激光与摆动电弧焊结合的装置结构，有效的解决了激光制造成本过高和弧焊质量无法保证的缺点。该专利采用两种技术，操作复杂，费时，效率低。

发明内容