一种抗不锈钢空蚀的氮化铝钛涂层及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种抗空蚀不锈钢的氮化铝钛涂层及其制备工艺，所述氮化铝钛涂层包括Ni：11～13％；Fe：60～66％；Mn：1.3～1.7％；Cr：15～18％；Mo：2.5～8％；Si：0.7～1.0％；C：0.01～0.03％；S：0.01～0.02％；P：0.02～0.04％，首先称取合适组分，熔液在1700℃下进行精炼30分钟，精炼结束后在1650℃静置30分钟，继续降温至1600℃后将合金熔液浇入铸铁模中，冷却至室温即可；对于铸锭进行切冒口以及去除氧化皮处理，然后对铸锭在1180℃进行加热，然后进行锻压加工，锻压变形量大于40％。锻压结束后对锻件在热处理炉内900℃‑960℃下保温5个小时，进行固熔处理，所得涂层自身具有很高抗空蚀性能，其抗空蚀能力比现有的316L不锈钢抗空蚀能力提高3‑4倍。

An aluminum titanium nitride coating for stainless steel cavitation erosion resistance and its preparation process

【技术实现步骤摘要】
一种抗不锈钢空蚀的氮化铝钛涂层及其制备工艺
本专利技术涉及材料工程领域，特别涉及一种抗空蚀不锈钢的氮化铝钛涂层及其制备工艺。
技术介绍
空蚀是一直困扰着理论界和工程界的难题，从其发现至今约有上百年的历史，从发现至今没有一个很好的解决方案。每年因空蚀损伤给工农业部门造成了严重的经济损失，大型水电站每年因空蚀所造成的机组检修带来的经济损失每天数以千万元。空蚀发生的原因是由于液体低压区所形成的微气泡在高压区溃灭后所形成高速微射流打击材料表面，进而造成材料表面的严重损伤。空蚀是造成水轮机、汽轮机、水电站建筑等重大能源装备运行失效的主要损伤形式。空蚀过程中所产生的噪声可以使潜艇、鱼雷等水下兵器暴露行踪，从而严重制约舰船和潜艇以及鱼雷等水中兵器作战性能的提高。因此，提高材料的抗空蚀性能不仅具有显著的经济效益同时对提高水中兵器的作战性能具有非常显著的理论指导意义。
技术实现思路
为了提高现有316L不锈钢的抗空蚀能力，本专利技术的目的在于提供一种抗空蚀性能优异的氮化铝钛钽涂层及其制备工艺，所得涂层自身具有很高抗空蚀性能，其抗空蚀能力比现有的316L不锈钢抗空蚀能力提高3-4倍。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种抗空蚀不锈钢的氮化铝钛涂层，所述氮化铝钛涂层的成分重量百分比为：Ni：11～13％；Fe：60～66％；Mn：1.3～1.7％；Cr：15～18％；Mo：2.5～8％；Si：0.7～1.0％；C：0.01～0.03％；S：0.01～0.02％；P：0.02～0.04％。优选的，所述抗空蚀不锈钢的氮化铝钛涂层的成分重量百分比为：Ni：11％；Mn：1.5％；Cr：17％；0.028％P；Mo：2.5％；Si：0.8％；C：0.02％；S：0.013％；Fe：63％。优选的，所述抗空蚀不锈钢的氮化铝钛涂层的成分重量百分比为：Ni：13％；Mn：1.7％；Cr：18％；P：0.04％；Mo：4.0％；Si：1.0％；C：0.03％；S：0.02％；Fe：66％。优选的，所述抗空蚀不锈钢的氮化铝钛涂层的成分重量百分比为：Ni：12％；Mn：1.3％；Cr：15％；P：0.02％；Mo：8.0％；Si：0.7％；C：0.01％；S：0.01％；Fe：60％。本专利技术还提出一种抗不锈钢空蚀的氮化铝钛涂层及其制备工艺，首先将重量百分比为：11％-13％的Ni，1.3％-1.7％的Mn，15％-18％的Cr，0.01％-0.03％的C，0.7％-1.0％的Si，以及不同含量的钼于真空熔炼炉内1550-1750℃下熔炼，少量稀土铈作为除气剂。熔液在1700℃下进行精炼30分钟，精炼结束后在1650℃静置30分钟，继续降温至1600℃后将合金熔液浇入铸铁模中，冷却至室温即可；对于铸锭进行切冒口以及去除氧化皮处理，然后对铸锭在1180℃进行加热，然后进行锻压加工，锻压变形量大于40％。锻压结束后对锻件在热处理炉内900℃-960℃下保温5个小时，进行固熔处理。按照本专利技术的制备工艺制得的耐空蚀316L不锈钢含重量百分比为：11～13％Ni，60～66％Fe，1.3～1.7％Mn，15～18％Cr，2.5～8％Mo，0.7～1.0％Si，0.01～0.03％C，0.01～0.02％S和0.02～0.04％的P。本专利技术所制备的奥氏体316L不锈钢具有非常优异的抗空蚀能力，其力学性能指标与现有316L不锈钢相当，而其抗空蚀能力则比现有316L不锈钢高出约2～3倍。另外，该奥氏体316L不锈钢的耐腐蚀性能比现有的316L不锈钢提高很多。与现有的316L不锈钢相比，本专利技术具有以下突出性效果：所得奥氏体不锈钢的抗空蚀能力远远优于现有的316L不锈钢材料；同时新型不锈钢的耐腐蚀性能远优异于现有316L不锈钢；实际环境中的空蚀实验结果表明，此种合金的耐空蚀能力较强，空蚀过程中所产生的噪声比现有316L不锈钢材料要小。附图说明图1是n型半导体钝化膜在膜/液体界面处的能带弯曲示意图；图2是316LSS不锈钢原样(a)、含Ti11.8Al2.4N30Ta53.4涂层的316L不锈钢(b)、含有Ti13Al2.6N32Ta48涂层的316L不锈钢(c)、含有Ti14Al1.2N29Ta53涂层的316L不锈钢(d)、含有Ti26Al7N31Ta32涂层的316L不锈钢(e)和含有Ti16Al1.05N40Ta40涂层的316L不锈钢(f)在3.5％NaCl介质中连续空蚀1小时后的表面形貌图；图3是316L不锈钢及其表面含有不同氮化铝钛涂层的316L不锈钢在3.5％NaCl介质中连续空蚀不同时间后的质量损失；图4是含Ti11.8Al2.4N30Ta53.4涂层的316L不锈钢(a)、含有Ti13Al2.6N32Ta48涂层的316L不锈钢(b)、含有Ti14Al1.2N29Ta53涂层的316L不锈钢(c)、含有Ti26Al7N31Ta32涂层的316L不锈钢(d)和含有Ti16Al1.05N40Ta40涂层(e)的316L不锈钢在3.5％NaCl介质中测得的Mott-Schottky曲线具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详述。在此需要说明的是，下面所描述的本专利技术各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。通过本专利技术制作的316L奥氏体不锈钢具有优异的耐海水腐蚀性能和力学性能，其常用于舰船上管道、弯头、阀门等关键部件的制造、海水泵的叶片材料以及蒸汽冷凝管的制造等。但是，随着使用时间的延长，316L不锈钢的耐蚀性及其抗空蚀性能随着使用时间的延长会显著下降。特别是随着舰船、水轮机等流体机械不断向高速、大功率方向发展，对材料的综合力学性能提出了更高的要求。目前对于空蚀的防治最主要的措施是在材料表面喷涂一层高硬度抗空蚀涂层，利用涂层的高硬度来减缓空蚀的发生。但是，由于空蚀所造成微射流打击轻度很大，且其持续时间和频率都很高，再加上在腐蚀环境中会伴随腐蚀现象的发生，因此，高硬度涂层抗空蚀的方法不是很尽如人意，必须对高硬度涂层进行改进以提高其抗空蚀性能。经过长期的研究我们发现，由流体中存在的空气、蒸汽微团及固体颗粒等异相介质在高速流体的低压区容易产生空化所形成空泡及其微颗粒带有负电荷。当其单一或联合体形成的随高速微射流到达材料表面时会产生严重的空蚀破坏。因此，如果使材料表面硬度增强同时也带有负电荷就能极大缓解空蚀的发生。基于这一理论，在氮化铝钛涂层中加入合金元素钽可以保持原有涂层的高硬度还可以使涂层钝化，即表面形成一层n型半导体钝化膜。由于膜与液体介质间的费米能级不同造成了膜在液体介质中的能带会发生不同程度的弯曲。图1给出了膜能带的弯曲示意图，可以看出，由于能带弯曲的影响，在外层膜表面会紧密吸附一层(stern层)负电荷。这样一来，当高速微气泡(带负电荷)或微气泡携带微颗粒(带负电荷)到达材料表面时由于同性电荷相斥的原理会产生强烈的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗空蚀不锈钢的氮化铝钛涂层，其特征在于，所述氮化铝钛涂层的成分重量百分比为：/nNi：11～13％；/nFe：60～66％；/nMn：1.3～1.7％；/nCr：15～18％；/nMo：2.5～8％；/nSi：0.7～1.0％；/nC：0.01～0.03％；/nS：0.01～0.02％；/nP：0.02～0.04％。/n

【技术特征摘要】
1.一种抗空蚀不锈钢的氮化铝钛涂层，其特征在于，所述氮化铝钛涂层的成分重量百分比为：
Ni：11～13％；
Fe：60～66％；
Mn：1.3～1.7％；
Cr：15～18％；
Mo：2.5～8％；
Si：0.7～1.0％；
C：0.01～0.03％；
S：0.01～0.02％；
P：0.02～0.04％。


2.根据权利要求1所述的一种抗空蚀不锈钢的氮化铝钛涂层，其特征在于，所述抗空蚀不锈钢的氮化铝钛涂层的成分重量百分比为：Ni：11％；Mn：1.5％；Cr：17％；0.028％P；Mo：2.5％；Si：0.8％；C：0.02％；S：0.013％；Fe：63％。


3.根据权利要求1所述的一种抗空蚀不锈钢的氮化铝钛涂层，其特征在于，所述抗空蚀不锈钢的氮化铝钛涂层的成分重量百分比为：Ni：13％；Mn：1.7％；Cr：18％；P：0.04％；Mo：4.0％；Si：1.0％；C：0.03％；S：0.02％；Fe：66％。


4.根据权利要求1所述的一种抗空蚀不锈钢的氮化铝钛涂层，其特征在于，所述抗空蚀不锈钢的氮化铝钛涂层的成分重量百分比为：Ni：12％；Mn：1.3％；Cr：15％；P：0.02％；Mo：8.0％；Si：0.7％；C：0.01％；S：0.01％；Fe：60％。


5.一种抗空蚀不锈...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：上海纳微涂层有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31