[发明专利]一种螺旋桨叶片用抗空蚀耐腐蚀防污材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种螺旋桨叶片用抗空蚀耐腐蚀防污材料及其制备方法，所述材料由96‑98wt%的铜基非晶和2‑4wt%的纳米相材料复合形成；所述铜基非晶包含如下重量百分比的成分：14‑18wt% Al、14‑16wt% Ti、13‑15wt% Zr、4‑6wt% Si、3‑5wt% Mo，余量为Cu；所述纳米相材料为任意配比的Cu₂O和氧化石墨烯。将铜基非晶的原料加入感应电磁炉加热熔化，对熔化的金属液体进行真空气雾化，即可获得铜基非晶粉末；所述粉末与纳米相材料混合应用于制备抗空蚀耐腐蚀防污涂层，采用超音速火焰喷涂技术制备涂层，本发明可获得孔隙率低、硬度高、结合强度好，且兼具良好抗空蚀、耐腐蚀、防污损性能的涂层，适用于海洋螺旋桨叶片等恶劣工况。

技术领域

本发明属于材料加工工程的热喷涂领域，具体涉及一种螺旋桨叶片用抗空蚀耐腐蚀防污材料及其制备方法。

背景技术

螺旋桨是舰船动力推进系统的关键部件，目前一些高性能的船舶螺旋桨采用各种铜合金材料制造，其在海洋环境中运行通常遭受强电解质的腐蚀破坏。此外，船舶在低速运行或停航状态下，螺旋桨铜合金基体表面易形成黑色的氧化膜，为污损海洋生物（藤壶、石灰虫、海鞘等）的附着提供了条件，导致螺旋桨表面粗糙度显著增大，重量增加；而在高速航行状态下，由于螺旋桨的几何形状设计难以满足流体力学的理想要求，并且受制于加工条件，导致桨叶表面局部区域形成涡流，在低压区引起溶解气体的析出或者介质汽化形成气泡，进入高压区时气泡瞬间溃灭形成强烈的冲击波，引起桨叶的空蚀。因此，如何解决螺旋桨叶片的空蚀、腐蚀和生物污损问题是亟待解决的问题，螺旋桨叶片的防护也是舰船防护的重点与难点。

由于空蚀、腐蚀及生物污损问题均主要发生在材料表面，因此表面防护技术被认为是经济有效的防护方法之一。国内外螺旋桨叶片常用的表面防护涂层材料通常包括高分子涂层、非金属涂层和金属涂层三大类。研究表明，高分子涂层可以一定程度上解决螺旋桨叶片的腐蚀和污损问题，但其抗空蚀性能往往较差；非金属涂层如陶瓷涂层，其耐腐蚀和抗空蚀性能较高，但防生物污损性能是其弱项；铜基金属材料具有良好的防污损性能，但其耐晶间腐蚀性能和抗空蚀性能需进一步提高。铜基非晶材料由于具有长程无序、短程有序的原子结构，在其内部不存在位错、晶界等缺陷，因此除了具有铜基金属固有的优点外，还表现出高强度、高硬度、高耐腐蚀性等优点；此外，通过在非晶材料中加入合适的第二相材料，可以进一步提高其力学性能、耐腐蚀性能和防污损性能。本发明设计了一种新型铜基非晶/第二相复合材料，使其在海洋环境下同时具备良好的抗空蚀、耐腐蚀和防污损性能，可以有效保护螺旋桨叶片等同时遭受空蚀-腐蚀-污损耦合损伤的部件。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种螺旋桨叶片用抗空蚀耐腐蚀防污材料及其制备方法，该材料可在螺旋桨叶片表面制备抗空蚀耐腐蚀防污一体化涂层，并且该涂层具有低孔隙率、高硬度和良好的结合强度，提高螺旋桨在海洋环境等恶劣工况下的使用寿命，适合工业化推广。

为达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种螺旋桨叶片用抗空蚀耐腐蚀防污材料及其制备方法，所述材料由96-98wt%的铜基非晶和2-4wt%的纳米相材料复合形成；所述铜基非晶包含如下重量百分比的成分：14-18wt% Al、14-16wt% Ti、13-15wt% Zr、4-6wt% Si、3-5wt% Mo，余量为Cu；所述纳米相材料为任意配比的Cu₂O和氧化石墨烯。

作为本发明的一种优选技术方案：所述纳米相材料包括Cu₂O和氧化石墨烯，且Cu₂O的含量为30-70wt%。

作为本发明的一种优选技术方案：所述纳米相材料包括Cu₂O和氧化石墨烯，且Cu₂O的含量为50wt%。