[发明专利]用于水下激光熔覆的铜基合金粉末预置涂层及其制备方法

说明书

用于水下激光熔覆的铜基合金粉末预置涂层及其制备方法，本发明的目的是要解决现有水环境下激光熔覆方法制备的合金涂层与基体易产生裂纹、气孔等缺陷的问题。该预置涂层由合金粉末层和熔覆保护药皮组成，其中合金粉末层由铜基合金粉末与粘结剂混合而成，熔覆保护药皮按质量百分数由40％～45％的CaF₂，4％～5％的CuO，15％～18％的CaCO₃，10％～11％的TiO₂，4％～5％的Cu，1％～2％的Si，2％～3％的Al，1％～2％的Mn，2％～5％的α‑氰基丙烯酸乙酯和余量的活性炭组成。通过本发明的预置涂层进行水下激光熔覆得到的熔覆层质量好，无裂纹夹杂气孔等缺陷，并且与基体形成良好的冶金结合。

技术领域

本发明属于激光熔覆技术领域，具体涉及一种用于水下激光熔覆的铜基合金粉末预置涂层及其制备方法。

背景技术

近年来，铜及铜合金已经在海洋工程领域得到了广泛的应用，比如，船舶螺旋桨用的黄铜和铝青铜、海水泵用的青铜和海底输油管道用的铜及铜合金都在各自领域起到了至关重要的作用。就如今的金属材料市场来看，铜的价格日益攀升使得铜合金零部件的造价大幅提高，这大大增加了原来需要进行换件维修的工程设施的维修成本。海洋工程铜合金零部件多以断裂和磨损腐蚀的形式失效，尤其是铜合金零件在海洋环境中的腐蚀磨损严重的影响了海洋工程设施的使用寿命，造成了巨大的经济损失。因此寻求有效的铜合金零部件水下维修方法是众多科研人员的研究目标。

近期发展起来的激光熔覆技术是金属零件损伤表面修复的重要技术方法，激光熔覆就是以大功率密度激光束做热源，加热预制在金属表面的粉末材料使之全部熔化，同时基体表面也在微量熔融，加热结束后表面迅速凝固，形成与基体金属结合得很牢的涂覆层。采用激光熔覆技术可以在普通材料表面制备出冶金结合的高性能涂层，具有可提高零件特定工作面服役性能及整体工件寿命的特点，在零件的表面改性及高附加值零件的修复方面具有广阔的发展前景。

尽管激光熔覆技术在钢铁表面强化方面取得了一定的成果和经济效益，但铜及铜合金特殊的物理化学性能，如良好的导热性及对激光低的吸收率导致铜表面激光熔覆成为难点。除此之外，金属基材料水下环境的激光熔覆更是面临着天然的难点，水环境的引入给整个激光熔覆过程带来了诸多不可避免的有害因素。首先，水环境的下的金属材料将拥有更好的散热性能，更快的散热速度意味着激光熔覆层内具有更大的残余应力；其次，水环境下的激光熔覆过程会产生氢气、氧气等诸多附加的有害气体，这些附加的有害气体将会使熔覆层甚至使基体材料产生氢脆、气孔、微裂纹等有害影响。

通过水环境下激光熔覆层的制备获得性能优良的铜基合金涂层，一方面可以考虑避免上述水环境所带来的不利影响尽量营造与大气环境相同的干燥环境，基于这种思想已经发展出了局部干法水下激光熔覆系统和完全干法激光熔覆系统，该方法的优点是可以实现多数金属材料的水下激光熔覆，制备的激光熔覆层性能基本与大气环境下的产品性能相当。但其缺点也相对明显，其一，局部干燥环境的营造难度大，且受制于静水压力，而完全干法压力仓的设计及生产成本高，其设计制造同样受制于静水压力；其二，附加的压力仓将增加负载机器人的载重，会影响熔覆精度；其三，局部干法并不能完全排除水环境的影响，不能保证熔覆层的相关性能。除了采用这种局部干法的类似思想之外，直接接触水环境的激光熔覆方法具有很好地实际生产效应，采用这种思想的目的是将水环境对激光熔覆过程带来的不利影响降到最低，同时利用水环境带来的有利条件制备性能更加优良的铜基合金涂层。

发明内容

本发明的目的是要解决现有水环境下激光熔覆方法制备的合金涂层与基体冶金结合不好，易产生裂纹、气孔、夹杂等缺陷的问题，而提供一种用于水下激光熔覆的铜基合金粉末预置涂层及其制备方法。