一种抗空蚀耐腐蚀金属-陶瓷基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗空蚀耐腐蚀金属

【技术实现步骤摘要】
一种抗空蚀耐腐蚀金属
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陶瓷基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属陶瓷复合材料制备
，尤其涉及一种抗空蚀耐腐蚀金属
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陶瓷基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]空泡或空化，是一种因流体流速过快令局部压强降低导致饱和蒸汽压降低而产生蒸汽气泡的现象。这种现象常见于如螺旋桨、水轮机等过流部件。空泡的破裂将产生具有极高能量密度的微射流和冲击波。当这些微射流和冲击波不断轰击材料表面时，应力会逐渐累积，使材料发生塑性形变，最终导致材料的剥离。这种经由空泡破裂的微射流和冲击波导致的材料磨损即为空蚀，是限制过流部件服役期的主要原因之一。另外，当过流部件在如海水等腐蚀性环境下运行时，腐蚀亦无法避免，且腐蚀与空蚀的相互协同作用会进一步造成过流部件的损伤。
[0003]目前对材料抗空蚀腐蚀的处理，通常是在材料的表面添加金属陶瓷复合涂层，强化其抗空蚀腐蚀能力，相应的技术包括：激光表面熔覆、激光表面合金化、激光表面熔凝等激光表面改性技术，这类技术是基于高能量的激光辐照热作用，在材料表面制备出不同种类的抗空蚀腐蚀涂层，如公开号为CN106756996A的中国专利文献提供了一种稀土改性激光熔覆层，在钛合金基体上，以Ni60A镍基合金粉末、B4C或镍包B4C(Ni@B4C)、微米或纳米级稀土氧化物组成的激光熔覆粉末制备稀土改性激光熔覆层，稀土改性激光熔覆层使基体的耐磨性得到明显改善。但该方法成本较高，在实践过程中难以推广应用。
[0004]激光重熔是用激光束将表面熔化而不引入新的元素，达到表面组织改善的目的。用激光重熔可以把杂质、气孔、化合物释放出来，改善材料表面的缺陷。同时由于骤冷，熔池范围内的材料会形成与传统铸造材料完全不同的微观结构，提高材料表面的机械性能。
[0005]公开号为CN110699626A的中国专利文献公开了一种抗空蚀用热喷涂金属陶瓷涂层的激光重熔方法，所述的热喷涂为等离子体喷涂或超音速火焰喷涂，制得的涂层具有非常好的抗空蚀性，公开号为CN110699682A的中国专利文献公开了一种利用冷喷涂与激光重熔复合工艺制备抗空蚀涂层的方法，该方法使用冷喷涂技术能够在基体上沉积一层较厚的金属陶瓷复合涂层，再利用激光重熔处理后的涂层与冷喷涂后的涂层形成过渡层，制得的涂层同样具有非常好的抗空蚀性，但上述两专利技术并未对涂层的耐腐蚀性进行研究。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种抗空蚀耐腐蚀金属
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陶瓷基复合材料的制备方法，工艺简单，以金属材料、陶瓷材料和稀土材料为原料，辅以激光重熔处理工艺，有效地提高了金属
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陶瓷基复合材料的抗空蚀与耐腐蚀性。
[0007]具体采用的技术方案如下：
[0008]一种抗空蚀耐腐蚀金属
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陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)以金属材料、陶瓷材料和稀土材料为原料制得复合预制件；复合预制件中，金
属相和陶瓷相的体积比为5～95：95～5；稀土材料的加入量为金属材料与陶瓷材料总质量的0.1～10％；
[0010](2)对步骤(1)制得的复合预制件进行激光重熔处理。
[0011]本专利技术选用金属材料、陶瓷材料和稀土材料为原料，辅以激光重熔处理制备抗空蚀耐腐蚀金属
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陶瓷基复合材料；陶瓷材料是硬质相，在该金属
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陶瓷基复合材料对抗空蚀中起到主要作用，而金属材料主要起到粘接陶瓷的作用，并为陶瓷提供支撑，稀土元素的添加可以进一步提高该金属
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陶瓷基复合材料的抗空蚀性和耐腐蚀性，即金属材料、陶瓷和稀土材料三者在空蚀
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腐蚀环境下可以发挥协同作用，使得制得的金属
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陶瓷基复合材料具有优异的抗空蚀耐腐蚀性能。
[0012]所述的金属材料包括金属Ni、金属Co、金属Cr、Ni基合金、Co基合金、Cr基合金、Ti基合金、双相不锈钢、铝青铜或镍铝青铜。
[0013]可根据制得的抗空蚀耐腐蚀金属
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陶瓷基复合材料的应用场景选择合适的金属材料原料，当应用场景为河流、湖泊以及水库等内陆环境时，金属材料优选为金属Ni、金属Co、金属Cr、Ni基合金、Co基合金、Cr基合金或双相不锈钢；当应用场景为海洋环境时，金属材料优选为铝青铜或镍铝青铜；当为其他特殊应用场景时，金属材料可选用Ti基合金。
[0014]优选的，所述的陶瓷材料为碳化物陶瓷和/或氧化物陶瓷，所述的碳化物陶瓷包括碳化钨、碳化铌、碳化钽、碳化铪或碳化钛。
[0015]优选的，所述的稀土材料包括稀土元素单质或稀土元素化合物；进一步优选为稀土氧化物。
[0016]首先，稀土材料的添加可以降低该金属
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陶瓷基复合材料的熔点，同时提高材料对激光的吸收率，有效地降低了激光重熔过程中功耗；其次，稀土材料的存在可降低固液界面的表面能并提供更多的晶核，即稀土材料的存在可使得该金属
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陶瓷基复合材料在激光重熔过程中形成更细化的晶粒，更细化的晶粒意味着更强的表面机械性能，即稀土材料的加入可以提高该金属
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陶瓷基复合材料的抗空蚀性能；最后，稀土材料的存在可使得该金属
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陶瓷基复合材料具有较低的腐蚀电流密度且在腐蚀环境下更容易形成钝化膜，即稀土材料的加入可以提高该金属
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陶瓷基复合材料的耐腐蚀性。
[0017]优选的，所述的陶瓷材料为碳化钨或碳化钨与氧化物陶瓷的混合物；所述的稀土材料为氧化铈或氧化镧；所述的复合预制件中，金属相和陶瓷相的体积比为60～80：40～20；稀土材料的加入量为金属材料与陶瓷材料总质量的1～5％。当选用上述的原料及参数时，可在较低的成本下得到具有优异抗空蚀和耐腐蚀性能的金属
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陶瓷基复合材料。
[0018]步骤(1)中，所述复合预制件可以由铸造、锻造、粉末冶金或加工等方式得到，加工方式包括车、钳、铣、刨、插、磨、钻、镗、冲、锯、电腐蚀、热处理。
[0019]优选的，对步骤(1)制得的复合预制件进行预处理后再进行激光重熔处理，所述的预处理包括喷砂粗化处理、除锈和除油污中的至少一种。喷砂粗化可以提高预制件表面对激光的吸收率。
[0020]进一步优选的，所述的预处理方法为：利用乙醇、丙酮等清洗所述的复合预制件表面的污物，干燥后再利用喷砂机进行喷砂粗化处理，喷砂粗化处理的工艺参数为：空气压力0.3～1.0MPa，喷砂时间10s～2min，喷砂用砂的粒径为40～200目。
[0021]优选的，所述的激光重熔处理参数为：功率为200～3000W；光斑直径为0.3～3mm；
光斑移动速度为100～500mm/min；保护气体为高纯氮气或氩气；保护气体压力为0.4～1.5MPa；流量为4～8L/min。
[0022]本专利技术还提供了所述的抗空蚀耐腐蚀金属
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陶瓷基复合材料的制备方法制得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗空蚀耐腐蚀金属
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陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以金属材料、陶瓷材料和稀土材料为原料制得复合预制件；复合预制件中，金属相和陶瓷相的体积比为5～95：95～5；稀土材料的加入量为金属材料与陶瓷材料总质量的0.1～10％；(2)对步骤(1)制得的复合预制件进行激光重熔处理。2.根据权利要求1所述的抗空蚀耐腐蚀金属
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陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的金属材料包括金属Ni、金属Co、金属Cr、Ni基合金、Co基合金、Cr基合金、Ti基合金、双相不锈钢、铝青铜或镍铝青铜。3.根据权利要求1所述的抗空蚀耐腐蚀金属
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陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的陶瓷材料为碳化物陶瓷和/或氧化物陶瓷，所述的碳化物陶瓷包括碳化钨、碳化铌、碳化钽、碳化铪或碳化钛。4.根据权利要求1所述的抗空蚀耐腐蚀金属
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陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的稀土材料优选为稀土氧化物。5.根据权利要求1所述的抗空蚀耐腐蚀金属
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陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的陶瓷材料为碳化钨或碳化钨与氧化物陶瓷的混合物；所述的稀土材料为氧化铈或氧化镧；所述的复合预制件中，金属相和陶瓷相的体积比为60～80：40～20；稀土材...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈秀勇，杨睿，田野，黄能良，黄晶，刘晓梅，张波涛，周平，淡焱鑫，吴双杰，刘奕，凤晓华，李华，
申请(专利权)人：宁波慈溪生物医学工程研究所，
类型：发明
国别省市：