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技术

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，本发明专利技术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CaF

Copper based alloy powder pre coating for underwater laser cladding and preparation method thereof

A method for copper based alloy powder pre coating and preparation of laser cladding under water, the purpose of the invention is to solve the existing water environment of laser cladding alloy coating and the substrate preparation is easy to produce cracks, pores and other defects of the problem. The preset coating is composed of an alloy powder layer and a cladding protective coating, wherein the alloy powder layer is made of copper based alloy powder and binder, and the cladding protective coating is 40% to 45% CaF according to the mass fraction

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于材料科学与工程
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术用于水下激光熔覆的铜基合金粉末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α-氰基丙烯酸乙酯粘结剂混合而成，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。本专利技术熔覆材料采用预置的方式，预置合金粉末涂层为防水涂层，该涂层为合金粉末层和表面保护层组成，表面保护层为熔覆保护药皮。本专利技术用于水下激光熔覆的铜基合金粉末预置涂层的制备方法按以下步骤实现：一、将铜合金基体表面粗化处理后清洗干净，得到粗化后的铜合金基体；二、在粗化后的铜合金基体表面上涂覆合金粉末层，静置后在合金粉末层表面涂覆熔覆保护药皮，静置后得到带有预置涂层的铜合金基体；三、将带有预置涂层的铜合金基体置于水下环境中，采用激光器进行熔覆，熔覆路径采用正向熔覆反向重熔的往复双路径，完成水环境下激光熔覆层的制备；其中步骤二所述的合金粉末层由与铜合金基体同质的铜基合金粉末及粘结剂混合而成；所述的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。本专利技术所述保护药皮具有防水、除气、造渣等作用，其中CaF2、CuO的添加，其目的是去除激光与水作用产生的氢气；CaCO3的添加，其目的是与激光作用产生CO2以此来降低激光熔池气团的氢气和氧气的分压；Cu、Al、Mn等金属粉末的添加，其目的是补充基体中烧蚀的金属元素；其余成分的添加，其目的是除氧、除氢及造渣。本专利技术用于水下激光熔覆的铜基合金粉末预置涂层的制备方法得到的熔覆层成形质量好，无裂纹夹杂气孔等缺陷，并且与基体形成良好的冶金结合，该方法工艺简单易实施，熔覆层制备成本较低，且易于实现自动化，整个过程具有效率高、无污染、成本低的优点。附图说明图1为实施例中未覆盖保护药皮的水下环境铜合金激光熔覆层的形貌图；图2为实施例中覆盖保护药皮的水下环境铜合金激光熔覆层的形貌图；图3为实施例中铝青铜激光熔覆层组织图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式用于水下激光熔覆的铜基合金粉末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α-氰基丙烯酸乙酯粘结剂混合而成，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。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是合金粉末层的厚度为1～2mm。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是熔覆保护药皮的厚度为0.2～0.5mm。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是合金粉末层按质量比为200～450:1由铜基合金粉末与α-氰基丙烯酸乙酯粘结剂混合而成。具体实施方式五：本实施方式用于水下激光熔覆的铜基合金粉末预置涂层的制备方法按以下步骤实施：一、将铜合金基体表面粗化处理后清洗干净，得到粗化后的铜合金基体；二、在粗化后的铜合金基体表面上涂覆合金粉末层，静置后在合金粉末层表面涂覆熔覆保护药皮，静置后得到带有预置涂层的铜合金基体；三、将带有预置涂层的铜合金基体置于水下环境中，采用激光器进行熔覆，熔覆路径采用正向熔覆反向重熔的往复双路径，完成水环境下激光熔覆层的制备；其中步骤二所述的合金粉末层由与铜合金基体同质的铜基合金粉末与粘结剂混合而成；所述的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。具体实施方式六本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于水下激光熔覆的铜基合金粉末预置涂层，其特征在于该用于水下激光熔覆的铜基合金粉末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α‑氰基丙烯酸乙酯粘结剂混合而成，熔覆保护药皮按质量百分数由40％～45％的CaF

【技术特征摘要】
1.用于水下激光熔覆的铜基合金粉末预置涂层，其特征在于该用于水下激光熔覆的铜基合金粉末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α-氰基丙烯酸乙酯粘结剂混合而成，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。2.根据权利要求1所述的用于水下激光熔覆的铜基合金粉末预置涂层，其特征在于合金粉末层的厚度为1～2mm。3.根据权利要求1所述的用于水下激光熔覆的铜基合金粉末预置涂层，其特征在于熔覆保护药皮的厚度为0.2～0.5mm。4.根据权利要求1所述的用于水下激光熔覆的铜基合金粉末预置涂层，其特征在于合金粉末层按质量比为200～450:1由铜基合金粉末与α-氰基丙烯酸乙酯粘结剂混合而成。5.用于水下激光熔覆的铜基合金粉末预置涂层的制备方法，其特征在于是按下列步骤实现：一、将铜合金基体表面粗化处理后清洗干净，得到粗化后的铜合金基体；二、在粗化后的铜合金基体表面上涂覆合金粉末层，静置后在合金粉末层表面涂覆熔覆保护药皮，静置后得到带有预置涂层的铜合金基体；三、将带有预置涂层的铜合金基体置于水下环境中，采用激光器进行熔覆，熔覆路径采用正向熔覆反向重熔的往复...

【专利技术属性】
技术研发人员：金国，冯相如，崔秀芳，郑卫，刘健铭，蔡召兵，温鑫，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23