[发明专利]铜镍铬钼基合金粉末及其熔覆方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基体防腐蚀保养技术，特别是涉及一种基体覆层材料及其激光熔覆工艺。

背景技术

船舶喷水推进器叶轮在使用过程中，会遭受海水及砂石、空泡的点腐蚀、应力腐蚀、多相流腐蚀等复杂严重的腐蚀，其材料多选用加工性能和耐蚀性能良好的奥氏体不锈钢或铁素体一奥氏体双相不锈钢。然而，奥氏体不锈钢由于硬度偏低(200～250HV)，导致其耐磨性能和抗复杂环境腐蚀性能较差。因此，采用合理的表面工程技术对船舶喷水推进器不锈钢叶轮进行强化处理，成为提高叶轮使用寿命的关键所在。

目前，船舶喷水推进器不锈钢叶轮的表面处理技术手段通常包括激光熔覆、等离子喷焊、堆焊、高速火焰喷涂(HVOF)、非金属涂层等诸多方法。由于激光光束的高能量密度所产生的近似绝热的快速升温过程，激光熔覆对基体的热影响和引起的变形较小，控制激光的输入能量，还可以将对基体的稀释作用限制在极低的程度(一般为2～13%)，从而又保持了原熔覆材料的优异性能。J.Hernandez和A.Vannes对马氏体不锈钢基体进行了司太立(Stellite6)合金的激光熔覆，试验得到的熔覆层与基体结合良好，没有气孔和裂纹，结合面两侧扩散区小于20μm，基体受热影响小，熔覆层金相组织均匀。在熔覆层中存在残余拉应力，其大小接近于材料弹性极限的水平。Kwok等研究了激光表面熔覆的Ni基涂层的抗气蚀性能，得到的Ni基涂层的抗气蚀性能明显高于抗气蚀性能优良的不锈钢。然而，激光熔覆处理存在设备昂贵、工艺复杂、激光光一热能量转化率低及成本太高等问题，限制了其大规模推广应用。

采用HVOF喷涂制备新型的WC/Co涂层是目前美国提高喷水推进器叶轮抗汽蚀的主要方法之一。其中WC为硬质相，Co为金属粘结相，有一定的韧性，其抗疲劳性能较好。印度主要从事高性能HVOF涂层的开发及材料渗氮工艺的研究，研究表明采用HVOF方法制备的WC/Co涂层比13Cr4Ni和12Cr钢表面渗氮处理的材料具有更高的抗气蚀性能。但HVOF同样存在成本高昂等问题，目前通常仅用于高端叶轮的表面处理中。

中国科学院金属研究所国旭明、郑玉贵等采用等离子堆焊制备Ni基涂层，堆焊合金显微组织由奥氏体基体、第二相以及共晶组织组成，奥氏体基体的国溶强化以及大尺寸硬质相有效抵御微射流的冲击，是Ni基等离子堆焊合金具有高抗气蚀能力的主要原因。然而，普通等离子堆焊由于对基体的稀释率大，堆焊层厚度不均匀，表面成型差等缺点，目前通常用于一般环境下使用的水轮机叶片等的耐气蚀涂层制备。

另外，高分子非金属涂层技术由于具有比金属涂层更优良的耐腐蚀性，在抗气蚀方面也有一定效果，近年来也逐步在喷水推进器叶轮防护方面得到初步应用。国内外常用的高分子涂层材料包括聚氨脂/聚服弹性体、环氧/聚氨醋聚合物、聚合物水泥砂浆、复合尼龙等。然而，非金属涂层与金属基体为机械结合，结合强度较低，使用过程中短期内涂层便脱落。

发展到目前，还出现了铜基合金材料制成的船舶叶轮，铜基合金叶轮由于有着：化学活性低，不易氧化，铜离子属于重金属离子有一定的毒理作用，在海水状态下藻类、贝类难以存活，附着少，清理方便等优点而被业界广泛采纳应用。然而在实际使用过程中发现铜基合金叶轮仍然会受海水的影响，局部存在被海水腐蚀或气蚀的斑迹。

由此可见，铜基合金叶轮防腐蚀、抗气蚀性能仍有待提升，尤其是从船舶叶轮表面处理技术的改善应该是一个突破点。研究具有良好抗气蚀、抗腐蚀及抗磨损性能的新型涂层材料及其制备技术，大幅提高喷水推进器叶轮使用寿命的需求亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高基体耐腐蚀抗气蚀性能的铜镍铬钼基合金粉末及其激光熔覆方法，且涂层材料成本相对合理，熔覆工艺简单。

本发明铜镍铬钼基合金粉末，以质量百分比计，所述合金粉末的组成为：NbC粉末：5%～8%，铜镍铬钼合金粉末：92%～95%；其中，铜镍铬钼合金粉末的组成为：Ni:20%-25%，Cr:20%-25%，Mo:13%-20%，W：2%-5%，余量为Cu。

本发明铜镍铬钼基合金粉末，其中所述NbC粉末的粒度介于-150目～+300目之间，纯度在99.5%以上。

本发明铜镍铬钼基合金粉末，其中所述铜镍铬钼合金粉末的粒度介于-140目～+325目之间。

本发明所述的铜镍铬钼基合金粉末的激光熔覆方法，包括如下步骤：

A.配制铜镍铬钼基合金粉末：

a按照权利要求1所述的激光熔覆用的铜镍铬钼基合金粉末的配比要求，分别称取NbC粉末原料和铜镍铬钼合金粉末原料；