一种等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层及其制备方法

摘要

本发明涉及一种等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层及其制备方法，属于合金涂层技术领域。本发明的等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层，包括以下质量百分比的组分：Cu:64.5～66.5％、Al:11～12.5％、Zn:16.5～21.5％、Mn:3～4.5％。该等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀层表面光滑，无裂痕、气孔等缺陷，具有良好的抗空蚀性和耐磨性。本发明的等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的制备方法，工艺流程简单，成本低，适于大批量的生产，通过该方法制得的喷涂层与基体为冶金结合，结合线清晰，熔覆材料在基材上的组织致密，具有很好的抗空蚀性。

权利要求

1.一种等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层，其特征在于：包括以下质量百分比的组分：Cu:64.5～66.5％、Al:11～12.5％、Zn:16.5～21.5％、Mn:3～4.5％。

2.一种如权利要求1所述的等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将Cu、Al、Zn、Mn的原料混合均匀，球磨得粉料；

(2)将步骤(1)中的粉料真空干燥处理；

(3)将步骤(2)真空干燥后处理的粉料进行等离子熔覆即得。

3.根据权利要求2所述的等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)的球磨为湿磨，湿磨的介质为无水乙醇，湿磨的时间为2.5～3.5h。

4.根据权利要求2所述的等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的球磨在保护气氛中进行，所述保护气氛为氩气气氛。

5.根据权利要求2所述的等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述原料的粒度为380～500目。

6.根据权利要求2所述的等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的等离子熔覆的参数如下：喷嘴距工件表面距离:7～9mm；

保护气体流量:1.1～1.3m3/h；

电离气体流量:0.7～0.9m3/h；

涂层厚度:1～2mm；

扫描速度:120～200mm/min；

工作电流:140～200A；

送粉速率:50～100g/min。

说明书

一种等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层及其制备方法，属于合金涂层技术领域。

背景技术

[0002] 空蚀是在一定温度条件下，由于外界原因致使液体内部压强降低，当压强降至某一临界值时将会产生空泡，然后随着空泡的成形和长大，移动到高压液体区时会在瞬间产生溃灭，这种现象也被称为气蚀。空蚀现象直接作用于金属材料的表面很容易导致材料的变形和消耗，严重影响了金属制件的使用寿命，对螺旋桨、水轮机等过流零件使用寿命的影响尤为显著。因此，工业上抗空蚀材料的应用有着广阔的应用前景。

[0003] 等离子熔覆技术是目前最先进的表面加工技术之一，它以等离子束为热源，采用在金属表面获得优异的新型材料的表面改性技术，通过不同的送粉方式，添加熔覆材料，并利用高能量的等离子束，使熔覆材料在基材上形成组织致密且与基材表面形成冶金结合的熔覆层。通过表面加工处理的金属制件，可以提高金属制件的综合性能。

[0004] 形状记忆合金具有很好的抗空蚀性能，然而目前工业上对于制备形状记忆合金涂层来提高金属制件抗空蚀的研究较少，现有的形状记忆合金的生产工艺较为复杂，且用形状记忆合金制造大型金属制件的成本较高，现有工艺也难以实施。

发明内容

[0005] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层，该等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层成本较低，抗空蚀性好。

[0006] 本发明还提供一种等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的制备方法，该制备方法工艺流程简单易操作，可以进行批量生产。

[0007] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

[0008] 一种等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层，包括以下质量百分比的组分：Cu:64.5～66.5％、Al:11～12.5％、Zn:16.5～21.5％、Mn:3～4.5％。

[0009] 上述等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀层表面光滑，无裂痕、气孔等缺陷，具有良好的抗空蚀性和耐磨性。

[0010] 一种等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：

[0011] (1)将Cu、Al、Zn、Mn的原料混合均匀，球磨得粉料；

[0012] (2)将步骤(1)中的粉料真空干燥处理；

[0013] (3)将步骤(2)真空干燥处理的粉料进行等离子熔覆即得。

[0014] 采用上述等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的制备方法制得的铜基形状记忆合金抗空蚀涂层与基体结合线清晰，熔覆材料在基材上的组织致密。

[0015] 步骤(1)所述的球磨为湿磨，湿磨的介质为无水乙醇，湿磨的时间为2.5～3.5h，通过此方法研磨所得的粉料近似球体，具有较好的熔敷性能。

[0016] 步骤(1)中的球磨在保护气氛中进行，所述保护气氛为氩气气氛，以氩气为保护气可以有效防止粉料被氧化。

[0017] 步骤(1)中所述原料的粒度为380～500目，该粒度下熔覆材料在基材上分布均匀，组织致密。

[0018] 步骤(3)中所述的等离子熔覆的参数如下：

[0019] 喷嘴距工件表面距离:7～9mm；

[0020] 保护气体流量:1.1～1.3m3/h；

[0021] 电离气体流量:0.7～0.9m3/h；

[0022] 涂层厚度:1～2mm；

[0023] 扫描速度:120～200mm/min；

[0024] 工作电流:140～200A；

[0025] 送粉速率:50～100g/min。

[0026] 在上述等离子熔覆参数的条件下制得的等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层基材分布更均匀，铜基形状记忆合金涂层抗空蚀性更好。

具体实施方式

[0027] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

[0028] 本发明的实施例是在316L不锈钢表面通过等离子熔覆制得铜基形状记忆合金抗空蚀涂层。

[0029] 等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的实施例1

[0030] 本实施例的等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层，包括以下质量百分比的组分：Cu:65.25％、Al:12.16％、Zn:18.44％、Mn:4.15％。

[0031] 等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的实施例2

[0032] 本实施例的等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层，包括以下质量百分比的组分：Cu:66.05％、Al:11.23％、Zn:19.37％、Mn:3.35％。

[0033] 等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的实施例3

[0034] 本实施例的等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层，包括以下质量百分比的组分：Cu:64.95％、Al:12.44％、Zn:18.16％、Mn:4.45％。

[0035] 等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的制备方法的实施例1

[0036] 本实施例的等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀层的制备方法，包括如下步骤：

[0037] 将等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的实施例1中各质量百分比的组分放入球磨机中进行湿磨，其中原料的粒度为400目，湿磨介质为无水乙醇，以氩气为保护气，球磨时间3h，使球磨机将至室温；然后在160℃温度下将粉末真空干燥1h；最后对真空干燥后的粉料进行熔覆，其中，等离子熔覆的工艺参数为：喷嘴距工件表面距离：8mm、保护气体流量：1.2m3/h、电离气体流量：0.8m3/h、涂层厚度：1mm、扫描速度：180mm/min、工作电流：160A、送粉速率：50g/min。

[0038] 等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的制备方法的实施例2

[0039] 本实施例的等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀层的制备方法，包括如下步骤：

[0040] 将等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的实施例2中各质量百分比的组分放入球磨机中进行湿磨，其中原料的粒度为380目，湿磨介质为无水乙醇，以氩气为保护气，球磨时间为2.5h；然后在160℃温度下将粉末真空干燥1h；最后对真空干燥后的粉料进行熔覆，其中，等离子熔覆的工艺参数为：喷嘴距工件表面距离：7mm、保护气体流量：1.1m3/h、电离气体流量：0.7m3/h、涂层厚度：1mm、扫描速度：120mm/min、工作电流：140A、送粉速率：75g/min。

[0041] 等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的制备方法的实施例3

[0042] 本实施例的等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀层的制备方法，包括如下步骤：

[0043] 将等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的实施例3中各质量百分比的组分放入球磨机中进行湿磨，其中原料的粒度为450目，湿磨介质为无水乙醇，以氩气为保护气，球磨时间为3.5h；然后在160℃温度下将粉末真空干燥1h；最后对真空干燥后的粉料进行熔覆，其中，等离子熔覆的工艺参数为：喷嘴距工件表面距离：9mm、保护气体流量：1.3m3/h、电3
离气体流量：0.9m /h、涂层厚度：1mm、扫描速度：200mm/min、工作电流：200A、送粉速率：
100g/min。

[0044] 试验例

[0045] 本试验例将等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的制备方法的实施例1～3所获得的产品进行性能检测，计算实验开始后1h到2h之间的空蚀速率，检测结果如下表1所示。

[0046] 利用本发明的等离子熔覆铜基形状记忆合金对316L不锈钢表面进行涂层，对熔覆层进行抗空蚀性能检测，在空蚀试验机上进行2h的空蚀试验，通过公式(1)计算出等离子熔覆铜基形状记忆合金抗空蚀涂层的制备方法的实施例1～3的空蚀速率。

[0047] Vk＝(W1-W2)/(T1-T2)(1)

[0048] Vk——空蚀速率大小，单位为mg/h；

[0049] W1——空蚀时间为T1时的累积空蚀质量，单位为mg；

[0050] W2——空蚀时间为T2时的累积空蚀质量，单位为mg；

[0051] T1，T2——空蚀时间，单位为h。

[0052] 表1实施例1～3和316L基板1-2h的空蚀速率

[0053]

[0054] 实验结果显示，利用本发明的等离子熔覆铜基形状记忆合金对316L不锈钢表面进行涂层，316L不锈钢表面的抗空蚀性能明显提高。其中，实施例1的空蚀速率最小，熔覆层抗空蚀性能最好。