[发明专利]海洋平台用钢激光热喷涂铝涂层防海水腐蚀的装置和方法

说明书

  

技术领域

本发明涉及海洋平台，特指海洋平台用钢激光热喷涂铝涂层防海水腐蚀的装置和方法，为解决海洋平台用钢由于化学品污染、海水电解质腐蚀和浪花撞击、落潮和涨潮时干湿交替等因素造成的腐蚀问题，属于材料表面改性技术。 

背景技术

海洋平台主要用于油气资源的开采，由于盐类和化学污染物会加快腐蚀速率，高温度的海水提供电解质，加快了腐蚀过程，必须采取有效的防腐技术保护海洋平台的正常运行；海洋平台长效防腐蚀一般采用表面涂层技术，要求达到20年以上防腐效果；为了尽可能避免海洋平台的腐蚀带来的不良后果，延长海洋平台的使用寿命，开发更加长效的防腐蚀技术具有非常重要的意义；本发明提出的激光热喷涂铝涂层是一种新型的海洋平台防腐蚀技术，它是利用激光作为热源将铝线材加热至熔融状态，以雾化的方式高速喷射到试样表面，以便形成喷涂层，适用于海洋平台的防腐涂层。 

发明内容

本发明专利涉及的海洋平台用钢激光铝涂层系统如图1所示，用F7卡斯格林光学系统可以聚焦成直径为3-5mm的圆形激光束，对由送丝机构输送的铝丝进行加热熔化，在氩气保护下，在海洋平台用钢表面形成铝涂层。 

所述的激光喷涂铝涂层装置，按照激光发射的方向依次包括激光系统、光学系统、送丝系统、气体保护系统和工作台；光学系统能够把激光系统发出的激光聚焦成圆形激光束，送丝系统包括丝盘、送丝滚轮和送丝铜导管，丝盘上的铝丝通过送丝滚轮送入送丝铜导管中，直至激光聚焦处，气体保护系统包括气帘室和喷嘴，在激光系统的激光头底端连接有气帘室，气帘室的底端连接有喷嘴，为同轴设置，激光头内设有激光束通道，气帘室、喷嘴的中间均设有与激光束通道相对应的气帘室通道和喷嘴通道；工作台上安装有工件，位于激光聚焦处的前方。 

送丝系统的丝盘、送丝滚轮和送丝铜导管都是安装在一个水平的工作台面上，工作台上的工件距离激光聚焦处的距离或者说工作台或工件与气体保护装置最底端喷嘴的距离根据气体保护装置中喷嘴吹出的保护气的速度和铝液冷却速度决定；一般地，保护气流的速度在0.617-1.59g/s，冷却速度在10³-10⁶K/s，工件距离激光聚焦处或者说工作台或工件与气体保护装置最底端喷嘴的距离在10-15mm。 

所述的光学系统为F7卡斯格林光学系统，能够把激光系统发出的激光聚焦成圆形激光束聚焦成3-5mm的圆形激光束。 

激光加工的具体工艺参数为：激光功率4KW-5KW，光斑直径3-5mm。 

整体激光加工系统如图2所示，包括输入/输出装置、数控装置、伺服系统(驱动控制装置)、机床电器控制装置、机床本体和激光器；其中机床本体和激光器即为图1激光喷涂系统示意图中所示，是整个加工系统中用于加工的部分；工作台位于机床本体上，激光系统包括激光器，激光器包括激光头，此部分为常规技术手段，本发明专利不再详细描述。 

用来控制机床本体伺服系统和控制激光系统的开、关和激光照射时间（即喷涂时间）和激光加工的工艺参数的数控装置控制系统如图3所示；此部分属于常规技术手段，本发明专利不再详细描述。 

在喷涂前对基体进行喷砂预处理除去表面铁锈和杂质，选用铝线材降低氧化率，铝线材6061为半硬态，直径为3 mm，纯度>99.5%。 

根据不同的喷涂厚度要求和工件形状要求通过图3控制系统确定工作台（或工件）移动速度、距离以及喷涂时间，一般板状工件，其移动速率即相当于激光扫描速率，可以控制在50-60mm/s，移动距离即为工件加工方向的长度，一次喷涂时间即为工件长度/移动速率，该喷涂方法一次可在工件表面形成100-200μm厚的铝涂层；最后将表面喷铝的工件放入加热炉中进行热扩散，温度控制在430-450℃，经过热扩散和热喷涂后，用沸水法封住涂层孔隙。 

本发明专利主要特征： 

（1）激光快速凝固使铝涂层表面为微晶和非晶质材料，少量的孔隙用沸水封孔，涂层表面组织均为铝涂层，抗腐蚀能力得到提高。

（2）涂层与基体形成良好冶金结合方式，提高涂层抗冲蚀能力。 

（3）激光热喷涂对基体的影响区小，不易产生残余应力，不影响涂层中颗粒间结合力，不易产生脱落，可以保持涂层的完整性。 

附图说明

图1 激光喷涂系统示意图。 

图2 激光加工系统图。 

图3 数控装置控制系统图。 

图4 铝涂层表面形貌。