[发明专利]利用冷喷涂与激光重熔复合工艺制备耐空蚀涂层的方法

说明书

本发明涉及耐空蚀涂层技术领域，公开了一种利用冷喷涂与激光重熔复合工艺制备耐空蚀涂层的方法，包括如下步骤：(1)在基体上利用冷喷涂制备金属陶瓷复合涂层；(2)对步骤(1)的金属陶瓷复合涂层进行激光重熔处理。本发明采用冷喷涂与激光重熔复合工艺对材料表面进行处理，以冷喷涂技术在材料表面形成金属陶瓷复合涂层，之后利用激光重熔工艺对冷喷涂后的金属陶瓷表面进行处理。在激光的高密度能量下，金属陶瓷涂层表面重新熔化形成了新的结构，冷却后涂层组织性能得到增强，涂层抗空蚀性能得到极大提高，可广泛应用于螺旋桨、水轮机叶片等易受空蚀损伤的设备中，延长其服役时间。

技术领域

本发明涉及耐空蚀涂层技术领域，具体涉及一种利用冷喷涂与激光重熔复合工艺制备耐空蚀涂层的方法。

背景技术

空化剥蚀简称空蚀，又称气蚀，空蚀是指在高速多相流条件下，液体介质中局部压力变化致使空泡形成和溃灭，在高速液体中含有空泡，使磨损腐蚀十分严重，材料连续受到高压、高速微射流冲击作用而使得金属的表面产生了破坏。这样一来就会使得金属表面的保护膜发生一定的破坏，使得金属粒子发生一定的撕裂，表现在金属的表面就是金属的表面出现了破口，发生的腐蚀，最终金属表面生成致密而深的孔，外表很粗糙。金属空蚀经常发生在泵叶轮和水力透平机等设备上，使材料性能急剧下降，严重影响了这些设备的使用寿命和使用的质量。

目前对金属材料抗空蚀的处理，通常是可以在金属材料的表面镀上一个涂层，强化其抗空蚀能力，相应的表面处理技术包括：激光表面熔覆、激光表面合金化、激光表面熔凝等激光表面改性技术，这类技术是基于高能量的激光辐照热作用，在材料表面制备出不同种类的抗空蚀涂层，但这些表面处理技术都存在着仪器设备昂贵、成本高、操作复杂的特性，在实践过程中很难推广应用。

激光重熔是用激光束将表面熔化而不加任何金属元素，达到表面组织改善的目的，用激光重熔可以把杂质、气孔、化合物释放出来，同时由于迅速冷却而使晶粒得到细化，使得组织有较高的涂层。但单独使用激光重熔对基体涂覆陶瓷涂层时，基体表面的陶瓷颗粒很容易出现向下沉积的情况。

另外提高材料抗空蚀性能的方法还有等离子体表面改性技术、热喷涂技术、表面渗氮处理技术等，其中热喷涂技术具有对基体热影响小、变形小和生产效率高等特点广受关注，但热喷涂技术制备的涂层存在微孔、微裂纹的缺陷，需要进一步的改进来获得更均匀、更低孔隙率的、生产效率更高的涂层。冷喷涂指在常温下或较底的温度下，由超音速气、固两相气流将涂层粉末击射到基板形成质密涂层，冷喷涂技术中不存在高温加热涂层材料粉末颗粒，也就不存在高温氧化、气化、熔化、晶化等影响涂层性能的效应出现。与传统的热喷涂技术相比，冷喷涂技术具有喷涂材料氧化少，残余应力小，无需高温热源，涂层厚度可调等众多优点，但所获得的涂层也存在技术的微孔、微裂纹的缺陷。

CN 104213065 A公开了一种热喷涂-激光原味反应复合工艺制备玻璃陶瓷涂层的方法，先通过热喷涂的方式制得CrFeAlTiC热喷涂涂层，然后进行激光重熔处理，在激光重熔过程中，复合粉末中的Cr、Fe、Al、Ti元素与O₂、N₂发生反应，生成玻璃陶瓷涂层，该涂层不仅界面结合性能好，表面也较为平整，综合质量较高，且可以通过调节激光功率、光斑尺寸、扫描速度等参数与CrFeAlTiC复合粉末的成分配比、反应气体成分来控制原位反应生成的玻璃陶瓷涂层的厚度(5～300μm)与整体质量。但其所采用的CrFeAlTiC涂层材料最终获得的涂层硬度不佳，很难实现较好的耐空蚀性能。

碳化钨(WC)具有非常高的硬度，高硬度有利于提高涂层的抗空蚀性，但WC颗粒熔点太高，现有的喷涂、烧结等技术很难将纯WC形成致密涂层，得纯WC涂层有微孔和微裂纹的缺陷，由于空蚀坑会沿着涂层缺陷生长，所以喷涂、烧结等形成的纯WC涂层反而不利于抗空蚀。因此想获得抗空蚀性能好的涂层仍是本领域的一个技术难点。

发明内容