一种铈合金纳米晶层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种铈合金纳米晶层及其制备方法，属于合金表面改性技术领域。本发明专利技术提供的铈合金纳米晶层的制备方法，包括：对铈合金进行脉冲激光表面改性处理，得到铈合金纳米晶层；所述脉冲激光表面改性处理的激光功率为25～100W，脉冲宽度为2.5～5ms，离焦量为+2mm，扫描速度为5～10mm/s，搭接率为30～70％，脉冲激光输出波形为抛物线形。实施例的结果显示，本发明专利技术提供的方法制备的铈合金纳米晶层的组织为细小马氏体组织，铈合金纳米晶层的厚度为200～600μm；铈合金纳米晶层的硬度能够达到80HV，自腐蚀电位为

【技术实现步骤摘要】
一种铈合金纳米晶层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及合金表面改性
，尤其涉及一种铈合金纳米晶层及其制备方法。

技术介绍

[0002]铈合金是核工业领域的重要结构材料，由于其化学活性高而质软易划伤，均匀腐蚀以及划痕附近的局部腐蚀是其零件老化失效的最主要原因之一，进而可影响相关产品的寿命评估和新一代产品的设计与制造。合理的表面加工工艺，可以在不改变零件尺寸和基材的结构与性能的前提下，通过改变零件的表层微观结构，获得较高的硬度和较好的耐腐蚀能力，解决其易划伤和腐蚀失效的问题。
[0003]在高活金属表面涂覆异质防护涂层或通过表面渗氮等方法形成氮化物表层是较早开展的金属部件表面改性老化防护技术。异质涂层虽硬度高、耐蚀性好，但由于其与基体物性参数的差异，膜基结合往往较差，在受力、热作用时涂层易破裂、剥落从而更易导致局部腐蚀失效。对表面进行渗氮处理形成氮化膜层虽膜基结合能力较好，耐蚀耐磨性能亦佳，但粗晶表面渗氮时加工温度较高，易引起铈合金基体组织变化从而影响部件性能，而低温渗氮加工时间长、膜层较薄，薄膜在装配过程中易划伤而失去防护。因此，亟需应用发展新型表层加工技术制备铈合金耐蚀耐磨表层。
[0004]近年的研究工作表明，在合金表面制备纳米晶表层不仅可通过显著的细晶强化获得较高的表面硬度提升耐磨能力，对某些金属而言，致密的纳米晶表层还可能具有更强的抗腐蚀能力，而通过大幅提高表面组织中的快速扩散通道晶界的比例，又可显著促进渗氮，提升加工效率并降低制备温度以免影响基体组织。同工艺条件下，细晶样品形成的氮化层更厚、耐蚀效果更好。采用大塑性变形(可结合淬火)方法通过再结晶细晶，或者利用非平衡加热快速凝固细晶是制备金属表面纳米晶层的两类主要方法，但是上述方法在加工过程中会使纳米晶层内产生较大的加工应力，从而导致工件变形，降低产品的质量。
[0005]因此，提供一种加工应力小、力学性能及耐腐蚀性能优异的铈合金纳米晶层的制备方法，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种铈合金纳米晶层及其制备方法，本专利技术提供的制备方法制备的铈合金纳米晶层具有硬度高，耐腐蚀性能好的特点，且加工应力小，不会导致工件变形。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种铈合金纳米晶层的制备方法，包括：
[0009]对铈合金进行脉冲激光表面改性处理，得到铈合金纳米晶层；
[0010]所述脉冲激光表面改性处理的激光功率为25～100W，脉冲宽度为2.5～5ms，离焦量为+2mm，扫描速度为5～10mm/s，搭接率为30～70％，脉冲激光输出波形为抛物线形。
[0011]优选地，按质量百分比计，所述铈合金包括90～99％的铈和1～10％的镧。
[0012]优选地，按质量百分比计，所述铈合金包括95％的铈和5％的镧。
[0013]优选地，所述铈合金在进行脉冲激光表面改性处理前进行预处理。
[0014]优选地，所述预处理包括对铈合金的表面依次进行打磨、清洗和干燥。
[0015]优选地，所述脉冲激光表面改性处理的激光功率为25～75W，脉冲宽度为3～4.5ms，离焦量为+2mm，扫描速度为8mm/s，搭接率为50％。
[0016]优选地，所述脉冲激光表面改性处理的气氛为惰性气氛。
[0017]优选地，所述惰性气氛为氩气，所述惰性气氛的气流量为5～10L/min。
[0018]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的铈合金纳米晶层。
[0019]优选地，所述铈合金纳米晶层的组织为马氏体组织；所述铈合金纳米晶层的厚度为200～600μm。
[0020]本专利技术提供了一种铈合金纳米晶层的制备方法，包括：对铈合金进行脉冲激光表面改性处理，得到铈合金纳米晶层；所述脉冲激光表面改性处理的激光功率为25～100W，脉冲宽度为2.5～5ms，离焦量为+2mm，扫描速度为5～10mm/s，搭接率为30～70％，脉冲激光输出波形为抛物线形。本专利技术采用激光熔凝技术在铈合金表面制备纳米晶结构层，通过优化脉冲激光表面改性处理的工艺参数，利用高功率密度、高过冷度工艺特性获得组织平稳过度的改性层，降低了铈合金纳米晶层的内应力，优化了铈合金的组织特征、显著提高了改性层与基体的综合力学性能及耐腐蚀性能；制备方法具有局部加热、加工灵活等特点，有利于工业生产。实施例的结果显示，本专利技术提供的方法制备的铈合金纳米晶层的组织为细小马氏体组织，铈合金纳米晶层的厚度为200～600μm；铈合金纳米晶层的硬度能够达到80HV，自腐蚀电位为
‑
1.25～
‑
1.28V，自腐蚀电流密度约为
‑
4.64～
‑
4.75A
·
cm3。
附图说明
[0021]图1为对比例1中预处理后铈合金的表层ECC图；
[0022]图2为对比例1中预处理后铈合金的内部ECC图；
[0023]图3为本专利技术实施例1制备得到的铈合金纳米晶层的ECC图；
[0024]图4为本专利技术实施例2制备得到的铈合金纳米晶层的ECC图；
[0025]图5为本专利技术实施例3制备得到的铈合金纳米晶层的ECC图；
[0026]图6为本专利技术实施例4制备得到的铈合金纳米晶层的ECC图；
[0027]图7为本专利技术实施例5制备得到的铈合金纳米晶层的ECC图；
[0028]图8为本专利技术实施例4制备得到的铈合金纳米晶层的ECC图；
[0029]图9为本专利技术实施例1～5制备得到的铈合金纳米晶层的厚度；
[0030]图10为本专利技术实施例1～5制备得到的铈合金纳米晶层和对比例1提供的铈合金的平均维氏硬度曲线图；
[0031]图11为本专利技术实施例4制备的铈合金纳米晶层RD
‑
TD面的硬度测试曲线；
[0032]图12为本专利技术实施例5制备的铈合金纳米晶层RD
‑
TD面的硬度测试曲线；
[0033]图13为本专利技术实施例1～3制备的铈合金纳米晶层和对比例1提供的铈合金的耐腐蚀性能极化曲线。
具体实施方式
[0034]本专利技术提供了一种铈合金纳米晶层的制备方法，包括：
[0035]对铈合金进行脉冲激光表面改性处理，得到铈合金纳米晶层；
[0036]所述脉冲激光表面改性处理的激光功率为25～100W，脉冲宽度为2.5～5ms，离焦量为+2mm，扫描速度为5～10mm/s，搭接率为30～70％，脉冲激光输出波形为抛物线形。
[0037]在本专利技术中，按质量百分比计，所述铈合金优选包括90～99％的铈和1～10％的镧，更优选为95％的铈和5％的镧。本专利技术对所述铈合金的具体来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品或者自行制备均可。本专利技术通过控制铈合金的成分，能够进一步提高力学性能和耐腐蚀性能。
[0038]在本专利技术中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铈合金纳米晶层的制备方法，包括：对铈合金进行脉冲激光表面改性处理，得到铈合金纳米晶层；所述脉冲激光表面改性处理的激光功率为25～100W，脉冲宽度为2.5～5ms，离焦量为+2mm，扫描速度为5～10mm/s，搭接率为30～70％，脉冲激光输出波形为抛物线形。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述铈合金包括90～99％的铈和1～10％的镧。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述铈合金包括95％的铈和5％的镧。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铈合金在进行脉冲激光表面改性处理前进行预处理。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述预处理包...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗晋如，龚星宇，邓林，徐康，耿赵文，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：