一种高速激光熔覆抗空蚀镍钛合金涂层及制备方法

本发明涉及激光熔覆涂层相关，尤其涉及一种高速激光熔覆抗空蚀镍钛合金涂层及制备方法。

背景技术：

1、空蚀是液体导流件(过流部件)中常见的损伤形式之一。当液体受到扰动时，液体内的压强也会发生变化，当液体某个区域的压强低于其饱和蒸汽压时，会由于空化作用产生空泡，这些空泡在过流部件表面生成、溃灭时，会对过流部件表面产生冲击波和微射流。由于空泡体积比较小，而且溃灭时作用区域小及作用时间短，会使材料表面发生塑性变形，从而使材料产生不可逆的微观损伤。随着微观损伤的累积，逐渐发展为宏观损伤，直至过流部件失效。空蚀现象大大降低了过流部件工作的稳定性和的安全性。当前空蚀问题已经成为水电领域、核电领域、船舶领域、石油化工领域亟待解决的问题之一。

2、当前国内外从各个角度提出了减少空蚀损伤的方法，吸能相变材料是研究热点之一。niti合金由于其马氏体转变的特点，是吸收空蚀能量的优良材料之一。但是，一方面相较于常用的不锈钢过流部件，niti合金的生产成本较高；另一方面，由于马氏体相变的存在niti合金的机械加工性能较差，对于形状复杂过流部件，生产难度较大。而表面改性技术的发展为niti合金应用于抗空蚀领域提供了有力的手段。其中，激光熔覆制备niti涂层是非常具有应用潜力的方向之一，受到了人们广泛关注。但是，目前由于熔覆时，niti粉末易氧化、涂层易开裂、基体中的fe元素对涂层稀释率大以及激光熔覆niti涂层抗空蚀性能明显不及niti合金块体，导致激光熔覆制备niti涂层无法应用于过流部件的抗空蚀。

技术实现思路

1、本发明提供一种高速激光熔覆抗空蚀镍钛合金涂层及制备方法，通过工艺优化，实现无缺陷、低氧化、低稀释率的niti涂层制备，采用ni过渡层工艺配合采用高速激光熔覆工艺，极大的降低niti涂层的稀释率，减少了基体的熔化，达到隔绝不锈钢中的fe元素向niti涂层的渗透，减少脆硬相的产生，实现无裂纹、无气孔的无缺陷镍钛合金涂层制备。

2、本发明提供的具体技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供的一种高速激光熔覆抗空蚀镍钛合金涂层包括冶金结合形成在不锈钢基体表面的纯镍过渡层和冶金结合形成在所述纯镍过渡层表面的镍钛合金涂层，所述镍钛合金涂层采用镍钛粉末经高速激光熔覆成型在所述纯镍过渡层表面，所述镍钛合金涂层的厚度为所述纯镍过渡层厚度的4倍～6倍。

4、可选的，所述镍钛粉末的粒径为50～100μm；所述纯镍过渡层采用的镍粉的粒径为15～30μm。

5、可选的，所述镍钛合金涂层的厚度为600μm～1000μm，所述纯镍过渡层的厚度100μm～180μm。

6、第二方面，本发明实施例提供一种制备上述的高速激光熔覆抗空蚀镍钛合金涂层的方法，所述方法包括：

7、利用角磨机或者激光清洗器去除不锈钢基板表面的氧化膜，然后利用丙酮清洗不锈钢基板表面油污；

8、利用粉末网筛对纯镍粉末分级，取15～30μm的纯镍粉末作为熔覆粉末；

9、开启高速激光熔覆系统，将15～30μm的纯镍粉末加入送粉器，通入氩气，设定氩气流量8l/min，调整激光离焦量为53mm，粉距13mm；

10、设定熔覆路径，激光功率设置为1.2～1.8kw，高速熔覆的扫描速度150～200mm/s，单道偏移量0.5mm，送粉速度15g/min，随后开始熔覆形成纯镍过渡层；

11、待纯镍过渡层制备完毕，采用激光清洗器清理纯镍过渡层表面的氧化膜；

12、利用粉末网筛对镍钛粉末分级，取50～100μm镍钛粉末作为镍钛合金涂层的熔覆粉末；

13、将50～100μm镍钛粉末加入送粉器，通入氩气，设定氩气流量8l/min；调整激光离焦量为53mm，粉距13mm；

14、设定熔覆路径，激光功率设置为720～900w，扫描速度设置为15～30mm/s，单道偏移量1.1～1.3mm，送粉速度10～15g/min，随后开始在纯镍过渡层的表面熔覆形成镍钛合金涂层。

15、本发明的有益效果如下：

16、本发明提供一种高速激光熔覆抗空蚀镍钛合金涂层包括冶金结合形成在不锈钢基体表面的纯镍过渡层和冶金结合形成在所述纯镍过渡层表面的镍钛合金涂层，所述镍钛合金涂层采用镍钛粉末经高速激光熔覆成型在所述纯镍过渡层表面，所述镍钛合金涂层的厚度为所述纯镍过渡层厚度的4倍～6倍，采用ni过渡层工艺配合采用高速激光熔覆工艺，极大的降低niti涂层的稀释率，减少了基体的熔化，达到隔绝不锈钢中的fe元素向niti涂层的渗透，减少脆硬相的产生，实现无裂纹、无气孔的无缺陷镍钛合金涂层制备；进而利用形成在不锈钢基板表面的镍钛合金涂层的超弹性，在反复可逆的相变过程中吸收空蚀的能量，空蚀能量被这一效应大大消耗掉了，从而达到大幅度延缓因空蚀造成的疲劳失效的效果。

技术特征：

1.一种高速激光熔覆抗空蚀镍钛合金涂层，其特征在于，所述高速激光熔覆抗空蚀镍钛合金涂层包括冶金结合形成在不锈钢基体表面的纯镍过渡层和冶金结合形成在所述纯镍过渡层表面的镍钛合金涂层，所述镍钛合金涂层采用镍钛粉末经高速激光熔覆成型在所述纯镍过渡层表面，所述镍钛合金涂层的厚度为所述纯镍过渡层厚度的4倍～6倍。

2.根据权利要求1所述的高速激光熔覆抗空蚀镍钛合金涂层，其特征在于，所述镍钛粉末的粒径为50～100μm；所述纯镍过渡层采用的镍粉的粒径为15～30μm。

3.根据权利要求1所述的高速激光熔覆抗空蚀镍钛合金涂层，其特征在于，所述镍钛合金涂层的厚度为600μm～1000μm，所述纯镍过渡层的厚度100μm～180μm。

4.一种制备如权利要求1～3任一项所述的高速激光熔覆抗空蚀镍钛合金涂层的方法，其特征在于，所述方法包括：

技术总结本发明公开了一种高速激光熔覆抗空蚀镍钛合金涂层及其制备方法，属于激光熔覆涂层技术领域，包括冶金结合形成在不锈钢基体表面的纯镍过渡层和镍钛合金涂层，镍钛合金涂层采用镍钛粉末经高速激光熔覆成型在所述纯镍过渡层表面，采用Ni过渡层工艺配合采用高速激光熔覆工艺，极大的降低NiTi涂层的稀释率，减少了基体的熔化，达到隔绝不锈钢中的Fe元素向NiTi涂层的渗透，减少脆硬相的产生，实现无裂纹、无气孔的无缺陷镍钛合金涂层制备；进而利用形成在不锈钢基板表面的镍钛合金涂层的超弹性，在反复可逆的相变过程中吸收空蚀的能量，空蚀能量被这一效应大大消耗掉了，从而达到大幅度延缓因空蚀造成的疲劳失效的效果。技术研发人员：王豫跃,刘鹏辉,何瑞临,李长久,杨冠军受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20