【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料加工，具体涉及一种具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件及其制备方法。
技术介绍
1、随着我国海洋经济开发以及海权维护战略需求不断突显，海洋关键装备制造成为当前国家海洋工程的研究重点。低合金高强度钢作为典型的海洋工程结构用钢，具有优良的力学性能以及冷热加工成型性，广泛应用于港口码头、跨海大桥、海洋军事装备构件的制造。增材制造作为一种高效可靠的制造方法，已在低合金高强钢装备制造领域实现了广泛应用。由于海水的强腐蚀性以及风浪形成的持续往复冲击，低合金高强度钢增材制造构件极易发生腐蚀疲劳断裂，对海洋装备的服役安全性造成威胁，因此，如何提高低合金高强度钢增材制造构件的耐蚀性成为亟待解决的关键问题。
2、目前，对低合金高强度钢的防腐蚀方法主要包括合金化法、保护层法以及电化学保护法。其中，合金化法通过添加合金元素提升低合金高强度钢的耐蚀性，但由于构件始终暴露于海水中，耐蚀性改善效果有限，且合金元素添加量难以控制，易造成构件强度降低。电化学保护法利用原电池反应实现对构件的保护，但配置相对复杂，且阳极消耗较大，最佳保护电位难以调节。保护层法采用热喷涂、熔覆等工艺在构件表面形成一层金属耐腐蚀层，使构件与海水隔离。如中国专利cn108893735a公开了一种高硬度耐腐蚀涂层的制备方法，具体包括以下步骤：s1.熔覆基体预处理；s2.将熔覆材料进行干燥处理；s3.采用激光器结合同轴送粉法使熔覆材料与熔覆基体表层同时熔化，形成一层合金涂层，即得所述高硬度耐腐蚀涂层；其中，步骤s1所述熔覆基体为45#钢；步骤s2所述熔覆材料
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出了一种具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件及其制备方法，以解决现有技术中低合金高强度钢增材制造构件防腐蚀方法存在耐腐蚀效果不佳、无法实现构件与耐腐蚀层一体化制造的问题。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、第一方面，本专利技术提供了一种具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件的制备方法，包括以下步骤：
4、s1、将低合金高强度钢粉末置入增材制造设备中，在惰性氛围下进行增材制造，得到低合金高强度钢构件；
5、s2、增材制造完毕后，将复合材料粉末铺粉至低合金高强度钢构件表层，在惰性氛围下，通过增材制造设备在低合金高强度钢构件表面进行激光熔融处理以形成原位耐腐蚀层，得到具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件。
6、本专利技术中，首先采用低合金高强度钢粉末进行增材制造，通过激光束熔化钢粉末，使其逐层熔结形成构件，其中在惰性氛围下进行增材制造，可避免氧化反应，提高构件的质量和性能；在构件形成后，通过铺粉机构进行铺粉，预先制备的复合材料粉末铺设至低合金高强度钢构件表层，在激光高温加热作用下，将复合材料粉末熔融使其与构件表面材料结合形成原位耐腐蚀层，实现了低合金高强度钢构件与耐腐蚀层的一体化制造，避免了多次加工导致的效率低、成本高的问题；同时通过一体化制造形成耐腐蚀层可促进低合金高强度钢构件与耐腐蚀层更好的结合，进而提高耐腐蚀效果，有效防止构件表面的腐蚀和氧化，提高构件的使用寿命。
7、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s2中复合材料粉末铺粉前，还包括：将复合材料粉末进行球磨处理，球磨处理时间为4～6h，球磨处理后经清洗、干燥处理。
8、具体地，将金属单质粉末与石墨烯粉末按比例混合，通过高能球磨机进行研磨，其中球磨过程中使用的球磨介质为氧化铝研磨球，通过研磨可实现金属单质粉末和石墨烯粉末的均匀混合，促使其形成的复合材料的成分均匀分布，提高耐腐蚀层的性能；在研磨完后，将金属单质粉末和石墨烯混合粉末中加入无水乙醇进行清洗，随后进行真空干燥，真空干燥的条件为：真空干燥温度为90℃～110℃，真空干燥时间为3h～5h。通过无水乙醇和真空干燥处理可去除粉末表面的杂质和溶剂，提高复合材料粉末的纯度和质量，进而有利于提高耐腐蚀性能。
9、在以上技术方案的基础上，优选的，所述复合材料粉末包括金属单质和石墨烯，所述金属单质和石墨烯的质量比为0.8～0.9：0.1～0.2。
10、在以上技术方案的基础上，优选的，所述金属单质包括铁、钴、镍、铬和锰，所述铁、钴、镍、铬和锰的质量比为1:0.9～1.1:0.9～1.1:0.9～1.1:0.9～1.1。
11、铁、钴、镍、铬和锰5种金属单质合成组成的高熵合金，具有良好的耐腐蚀性能，能够有效抵抗酸、碱、盐等腐蚀介质的侵蚀；同时高熵合金还有高强度以及良好的导热性能，能够增加耐腐蚀层的抗磨损性能和散热能力。石墨烯是一种具有单层碳原子排列的二维材料，具有高强度及优良的吸附性，可与周围介质相互作用形成钝化层，更好地起到保护低合金高强度钢构件的作用。但纯金属耐腐蚀层致密度较低，其表面和内部存在较多孔隙缺陷，腐蚀介质容易通过孔隙进入材料内部导致防护效果变差。将高熵合金与石墨烯混合，可有效结合高熵合金和石墨烯材料的优势，石墨烯片层厚度极薄，可充分填充高熵合金间的孔隙缺陷，提高耐腐蚀层的致密度，进而有效防止腐蚀介质浸入低合金高强度钢构件的内部，实现低合金高强度钢构件耐腐蚀性能的提升。
12、在以上技术方案的基础上，优选的，所述金属单质粉末的粒径为25μm～80μm，所述石墨烯粉末粒径为15μm～30μm。
13、在以上技术方案的基础上，优选的，所述石墨烯粉末粒径小于或等于金属单质粉末粒径。
14、限制粉末粒径有利于金属单质粉末和石墨烯粉末能够充分混合并均匀分布，石墨烯粉末粒径小于等于金属单质粉末粒径，可促使石墨烯粉末较好的填充高熵合金间的孔隙缺陷，增加其形成的耐腐蚀层的密实性，减少腐蚀介质的侵入。
15、在以上技术方案的基础上，优选的，所述低合金高强度钢粉末粒径为30μm～70μm，所述低合金高强度钢粉末为30crmnsia，所述低合金高强度钢粉末的化学组成成分包括c：0.2～0.4wt％、si：0.9～1.1wt％、mn：0.8～1.0wt％、cr：0.9～1.1wt％、fe：余量。
16、具体地，低合金高强度粉末在进行增材制造前，还包括预处理，预处理工艺为：将低合金高强度钢粉末与无水乙醇混合进行清洗，清洗后进行真空干燥处理，真空干燥工艺条件为：真空干燥温度为90℃～110℃，真空干燥时间为3h～5h。采用无水乙醇清洗低合金高强度钢粉末可有效清除其表面的杂质、油脂、氧化物等污染物，避免引入杂质影响构件的成形质量和性能；通过真空干燥可避免溶剂的残留，并防止粉末的氧化反应，有利于提高后续加工的质量和效率。
17、在以上技术方案本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件的制备方法，其特征在于：步骤S2中复合材料粉末铺粉前，还包括：将复合材料粉末进行球磨处理，球磨处理时间为4～6h，球磨处理后经清洗、干燥处理。
3.如权利要求2所述的一种具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件的制备方法，其特征在于：所述复合材料粉末包括金属单质粉末和石墨烯粉末，所述金属单质粉末和石墨烯粉末的质量比为0.8～0.9：0.1～0.2。
4.如权利要求3所述的一种具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件的制备方法，其特征在于：所述金属单质粉末包括铁、钴、镍、铬和锰，所述铁、钴、镍、铬和锰的质量比为1:0.9～1.1:0.9～1.1:0.9～1.1:0.9～1.1。
5.如权利要求3所述的一种具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件的制备方法，其特征在于：所述金属单质粉末的粒径为25μm～80μm，所述石墨烯粉末粒径为15μm～30μm。
6.如权利要求5所述的一种具有原位耐腐蚀
7.如权利要求1所述的一种具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件的制备方法，其特征在于：步骤S1中增材制造的工艺条件为：激光的功率为300W～600W，扫描速度为500mm/s～1000mm/s，铺粉层厚度为50μm～100μm。
8.如权利要求1所述的一种具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件的制备方法，其特征在于：步骤S2中激光熔融处理的工艺条件为：激光的功率为200W～400W，扫描速度为500mm/s～1000mm/s，铺粉层厚度为40μm～100μm。
9.一种具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件，其特征在于：采用如权利要求1～8任一项所述的一种具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件的制备方法制备得到。
10.如权利要求9所述的一种具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件，其特征在于：所述原位耐腐蚀层厚度为300μm～500μm。
...【技术特征摘要】
1.一种具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件的制备方法，其特征在于：步骤s2中复合材料粉末铺粉前，还包括：将复合材料粉末进行球磨处理，球磨处理时间为4～6h，球磨处理后经清洗、干燥处理。
3.如权利要求2所述的一种具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件的制备方法，其特征在于：所述复合材料粉末包括金属单质粉末和石墨烯粉末，所述金属单质粉末和石墨烯粉末的质量比为0.8～0.9：0.1～0.2。
4.如权利要求3所述的一种具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件的制备方法，其特征在于：所述金属单质粉末包括铁、钴、镍、铬和锰，所述铁、钴、镍、铬和锰的质量比为1:0.9～1.1:0.9～1.1:0.9～1.1:0.9～1.1。
5.如权利要求3所述的一种具有原位耐腐蚀层的低合金高强度钢构件的制备方法，其特征在于：所述金属单质粉末的粒径为25μm～80μm，所述石墨烯粉末粒径为15μm～30μm...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴涛，徐子祁，李想，夏兴隆，牛帅，张煜，曹晓明，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：
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