[发明专利]一种单相固溶体Cu-9Ni-6Sn/铁基表面复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种单相固溶体Cu‑9Ni‑6Sn/铁基表面复合材料的制备方法，其包含：以混合均匀的Cu‑10Sn粉、Ni粉、Cu粉作为送粉原料，采用激光熔覆方法在基体材料表面制备单相固溶体Cu‑9Ni‑6Sn涂层，其中，Cu‑10Sn粉、Ni粉和Cu粉的重量比为(40～60)：9：(31～51)，所述的基体材料为铁基基体材料，激光工艺参数如下：激光功率1800W～2800W，扫描速度为1.5～2.5mm/s。本发明制备的复合材料与金属基体表面的粘结力强，不易脱落、耐蚀耐磨性能优异。本发明提供的方法对于钢铁材料的表面改性效果极为显著，拓宽了钢铁的应用领域。

技术领域

本发明属于材料表面工程领域，涉及一种单相固溶体Cu-9Ni-6Sn/铁基表面复合材料及其制备方法。

背景技术

Cu-Ni-Sn合金是一种既具有高强度、高韧性又具有优良耐磨和耐蚀性能的铜合金材料，强度与高强钢、铍铜相当，在海水或酸性、油气环境下的耐蚀性能以及高负载条件下的耐磨性能均优于铍铜、铝青铜。因此，随着该合金优异性能不断的被认识，该合金逐渐受到广大学者关注。

目前对于Cu-Ni-Sn合金研究存在的难点：传统熔铸法制备的合金虽然高温固溶处理可获得单相固溶体α-Cu，但在淬火过程中微米级富Sn的γ相(Cu、Ni)3Sn析出不可避免，导致该合金机械性能严重恶化和γ相与α-Cu形成腐蚀电偶从而引发点蚀，因此，抑制富Sn相的析出成为Cu-Ni-Sn合金拥有优异腐蚀性能的关键。

目前，针对以上问题，国内外学者也展开了相应的研究。常用的方法是用粉末冶金法和喷射成型法获得块体单相固溶体Cu-Ni-Sn，但是价格高，产品现状尺寸等受到限制且都为块体材料，显著地限制其实际应用。

鉴于此，寻求理想的方法和工艺，在金属表面制备单相固溶体Cu-Ni-Sn合金，已成为金属基表面复合材料的重要研究课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种单相固溶体Cu-9Ni-6Sn/铁基表面复合材料，该复合材料与基本粘结强度高、不易脱落，耐蚀耐磨性优异。

本文所述的“单相固溶体Cu-9Ni-6Sn/铁基表面复合材料”是指在铁基材料表面复合单相固溶体Cu-9Ni-6Sn涂层。

为了达到上述目的，本发明提供了一种单相固溶体Cu-9Ni-6Sn/铁基表面复合材料的制备方法，该方法包含：以混合均匀的Cu-10Sn粉、Ni粉、Cu粉作为送粉原料，采用激光熔覆方法在基体材料表面制备单相固溶体Cu-9Ni-6Sn涂层，其中，Cu-10Sn粉、Ni粉和Cu粉的重量比为(40～60)：9：(31～51)，所述的基体材料为铁基基体材料，激光工艺参数如下：激光功率1800W～2800W，扫描速度为1.5～2.5mm/s。激光熔覆技术中涂层与基体是冶金结合，这种结合非常牢固。

较佳地，所述的基体材料选择Q235钢。

较佳地，Cu-10Sn粉、Ni粉和Cu粉的重量比为60：9：31。

较佳地，Cu-10Sn粉、Ni粉和Cu粉的粒径为20um-200um。

较佳地，所述的激光熔覆方法采用同步送粉方式送粉。相比于激光熔覆的另外一种预制涂层法，采用激光熔覆同步送粉技术才能实现大规模的工业生产。

较佳地，激光工艺参数如下：激光功率2500W，扫描速度为2.0mm/s，光斑尺寸17mm×5mm，搭接率为29％。

本发明还提供了一种根据上述的方法制备的单相固溶体Cu-9Ni-6Sn/铁基表面复合材料，该复合表面材料包含：铁基基体材料，以及，通过激光熔覆在铁基基体材料表面复合制备的单相固溶体Cu-9Ni-6Sn涂层。