一种耐海水腐蚀的激光熔覆层制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种耐海水腐蚀的激光熔覆层制备方法即应用，制备方法步骤：S1、将待熔覆工件的表面进行减薄处理；S2、利用激光熔覆设备，对待熔覆工件的表面进行熔覆处理，其中熔覆材料为合金粉末材料，熔覆材料的粉末粒度在200

【技术实现步骤摘要】
一种耐海水腐蚀的激光熔覆层制备方法及应用
[0001]本专利技术是2021113438743专利申请的分案申请，其原始申请日为2021年11月14日，名称为合金粉末材料、其制备方法与在耐海水腐蚀的激光熔覆材料中的应用。


[0002]本专利技术涉及腐蚀与磨损防护技术、表面工程技术、金属材料
，具体为合金粉末材料及其制备方法与在耐海水腐蚀的激光熔覆材料中的应用，采用合金粉末进行激光熔覆，能够提高钢管桩基础耐海水腐蚀寿命。

技术介绍

[0003]海上风电场所处腐蚀环境复杂，湿度、盐分、日照强度、干湿交替的服役环境以及泥沙冲刷、生物附着等问题，都会给海上风电设备的腐蚀防护带来巨大挑战。钢管桩基础作为海上风电场大型钢结构件，同时处于海泥区、海水全浸区和浪花飞溅区，其腐蚀与防护问题更需要着重考虑。目前，海上风电场钢管桩基础一般采用涂层+阴极保护的联合防护办法。
[0004]钢管桩基础的涂层一般3
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4层，厚度为350
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500μm，常用的涂层系统为：环氧富锌底漆+环氧云铁中间漆+环氧面漆。涂层防腐方法虽然施工简单，适合于所有的腐蚀环境，但是防腐涂层的局限性较大：结合强度不高，受到外力撞击时易出现局部脱落现象，造成防护失效；电绝缘性能差，在析氢和碱性降解的破坏下易剥离、起泡从而造成局部腐蚀；难以解决生物污损问题，对涂层的整体防护效果造成影响。
[0005]钢管桩基础的阴极保护法一般有牺牲阳极法和外加（强制）电流法。对于牺牲阳极法，虽然系统简单，不需要外部电源，管理简便且运行后不需要日常维护，但是其局限性也很明显：保护参数不能随意调整；保护周期短；难以解决过度设计问题，造成浪费。对于外加（强制）电流法，虽然阳极服役寿命长，能根据系统的运行情况随时调整保护参数，但是易出现过保护现象，造成氢脆开裂；防腐效果受实际工况限制，难以达到统一的防护要求等，需要稳定可靠的调节和控制系统。
[0006]综上，现有海上风机钢管桩基础的腐蚀防护办法难以满足防护周期长、防护效果好、施工简单、维护简便、适用性强、不易磨损、便于大面积推广的要求。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种合金粉末材料及其制备方法与在耐海水腐蚀的激光熔覆材料中的应用，该合金粉末材料能够与待熔覆工件实现冶金结合，大幅提高耐蚀寿命。
[0008]本专利技术的技术方案是，一种合金粉末材料，包括按质量百分比计的以下原料：Ni 38
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45%，Al 3
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6%，W 4
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8%，Fe 0.5
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1.5%，Mn 0.5
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1.5%，Sb 0.5
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1%，余量为Cu；该材料中其他杂质元素总量≤0.15%。
[0009]进一步地，所述原料中Cu与Ni的总质量分数≥82%。较高含量的Cu与Ni元素在熔覆过程中形成大量的无限固溶体基体，保证熔覆层的钝化能力和耐蚀性能。相比于Cu与Ni的
总质量分数＜82%的成分体系，本成分设计既能保证熔覆层的工艺良好性，又能保证熔覆层的耐蚀性能。
[0010]进一步地，合金粉末材料原料为Ni 40
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45 %，Al 4
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4.5%，W 4
‑
8%，Fe 0.5
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1.5%，Mn 0.5
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1.5%，Sb 0.5
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1%，余量为Cu。
[0011]本专利技术还涉及制备所述合金粉末材料的方法，包括以下步骤：S1、粉末原料的熔炼按比例称取原料粉末，将Cu加热熔化，然后加入Ni，待Cu和Ni完全融化后加入其他原料，得到熔融的合金熔液；S2、雾化制粉将熔融的合金熔液进行雾化制粉，即得合金粉末材料。
[0012]进一步地，S1中熔融的合金熔液在1100℃
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1300℃保温30
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60min。
[0013]进一步地，S2中雾化制粉时，雾化介质为氮气，合金熔液流动速率为0.5kg/min
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1kg/min。
[0014]本专利技术还是涉及所述合金粉末材料在耐海水腐蚀防护中的应用，该合金粉末材料作为激光熔覆材料，粉末粒度在200
‑
400目。
[0015]本专利技术还涉及耐海水腐蚀的激光熔覆层制备方法，包括以下步骤：S1、将待熔覆工件的表面进行减薄处理，并清洁表面；然后将其固定到激光熔覆设备工作台上；S2、利用激光熔覆设备，对待熔覆工件的表面进行熔覆处理，其中熔覆材料为合金粉末材料，通过气动送粉器进行同步送粉，采用工件相对静止、激光头做相对运动及多道搭接的方式制备耐海水腐蚀的激光熔覆层；S3、在相同的待熔覆区域重复S2中的步骤2~3次，熔覆层总厚度为200
‑
4000μm；S4、对得到的激光熔覆层进行减薄并抛光，使其厚度尺寸符合要求。
[0016]进一步地，熔覆过程中功率为3
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4kW，激光束焦点光斑为1
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3mm；送粉器使用氮气进行送粉，送气量为10
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20L/min，送粉量为1
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4kg/h；熔覆过程中使用氩气对熔池进行保护，送气量为10
‑
20L/min；激光束与待熔覆工件的相对速度为5
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20cm/s，单次熔覆时，相邻两道熔覆层的搭接率为40
‑
60％，单层熔覆形成的熔覆层厚度在200
‑
1000μm。
[0017]进一步地，所述的工件为海上风电场钢管桩基础的防护。
[0018]本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术在Cu中加入Ni形成具有面心立方结构的(Cu,Ni)ss无限固溶体，其余元素以中间相或者固溶元素的形式存在于晶界或者晶内，能提高钝化能力，确保材料良好的耐蚀性能。而Al的加入一方面降低熔覆层氧化物含量，提高熔覆层的组织均匀性，降低微电池腐蚀的危害；另一方面，还能与Ni作用生成Ni
‑
Al中间相，成分均匀无偏析，Ni
‑
Al中间相与基体结合强度高，提高熔覆层耐晶间腐蚀能力，降低局部点蚀的危害。W的加入，能显著提高熔覆层硬度，增强熔覆层抗泥沙冲蚀能力。Fe与Mn的加入，作为微量元素净化晶界，提高成分均匀性避免元素偏聚，进一步保证熔覆层的耐蚀性能。特别的，实验表明，微量Sb元素的加入能通过降低阳极反应速率达到提高熔覆层耐蚀性能的目的，Sb能与(Cu,Ni)ss无限固溶体发生交互作用，缓解海水中Cl
‑
在熔覆层表面的聚集，抑制熔覆层中裂纹的萌生和扩展，从而提高熔覆层的整体耐蚀性能。
[0019]2、本专利技术先制备合金材料，经历了快速熔化凝固的工艺过程，最终会呈现基体+等轴晶组织结构。通过七元系合金材料的充分融合，解决了普通球磨制粉方法出现的颗粒团
聚，成分不均匀问题；以合金化的形式保证了质量分数较小的元素在合金粉末中成分含量的准确性，维持了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐海水腐蚀的激光熔覆层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将待熔覆工件的表面进行减薄处理，并清洁表面；然后将其固定到激光熔覆设备工作台上；S2、利用激光熔覆设备，对待熔覆工件的表面进行熔覆处理，其中熔覆材料为合金粉末材料，熔覆材料的粉末粒度在200
‑
400目，通过气动送粉器对熔覆材料进行同步送粉，采用工件相对静止、激光头做相对运动及多道搭接的方式制备耐海水腐蚀的激光熔覆层；S3、在相同的待熔覆区域重复S2中的步骤0~3次，熔覆层总厚度为 200
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4000μm；S4、对得到的激光熔覆层进行减薄并抛光，使其厚度尺寸符合要求。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：熔覆过程中功率为3
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4kW，激光束焦点光斑为1
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3mm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：熔覆过程中送粉器使用氮气进行送粉，送气量为10
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20L/min，送粉量为1
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4kg/h；熔覆过程中熔覆过程中使用氩气对熔池进行保护，送气量为10
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20L/min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：熔覆过程中激光束与待熔覆工件的相对速度为5
‑
20cm/s，单次熔覆时，相邻两道熔覆层的搭接率为40
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60％，单层熔覆形成的熔覆层厚度在200
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1000μm。5.根据权利要求1~4任意一项所述的制备方法，其特征在于：合金粉末材料的原料具体为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：高远，邹祖冰，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：