一种激光热喷涂铝丝及其制备方法与流程

本发明属于热喷涂技术领域，具体涉及一种可应用于制备非晶铝涂层的激光热喷涂丝材及其制备方法。

背景技术：

非晶合金又称金属玻璃，是通过快速冷却获得的亚稳态产物。由于非晶合金内部原子排列长程无序、短程有序,这使得它具有与众不同的性能,例如软磁性、超导性、低磁损耗性、耐磨性、耐腐蚀性、高强度和高硬度等。铝基非晶合金具有密度小、强度高和耐腐蚀性强等特点,在海洋装备防护等领域拥有广阔的应用前景，但其极其有限的非晶形成能力却限制了广泛应用。激光热喷涂是利用高能激光束将基材表面层金属熔化，同时在预处理基体表面以不同的填料方式同步填入具有某种特性的材料,经激光束辐照后使之与涂层材料同时熔化,通过高速气流喷射到基体表面与基体材料熔合形成一层具有一种或多种特性的复合涂层的工艺。与传统喷涂方法相比，激光热喷涂技术具有稀释度小、气孔和裂纹缺陷少、组织致密、涂层与基体呈冶金结合等优点,应用前景十分广阔；同时，激光的快速加热和快速冷却(10⁵～10⁸k/s)足以满足非晶形成的临界速率，激光热喷涂技术在制备非晶涂层领域拥有巨大的应用前景。目前激光热喷涂多采用的是送粉法，但送粉法对粉的质量要求特别高，粉的利用率不高，直接带来的结果就是成本高，粉尘对环境有污染，涂层孔隙率大，结构缺陷多。

技术实现要素：

针对送粉法的不足及激光热喷涂巨大的应用前景，本发明提出一种可用于激光热喷涂的铝丝材及其制备方法，该制备方法将ti、ni粉末添加到非晶al丝中，经激光热喷涂后制备的铝涂层组织均匀致密，非晶形成能力大，涂层与基体呈较好的冶金结合，在海水中具有较好的抗腐蚀性能。

本发明通过以下技术方案实现：以纯铝为原料制成铝带，通过成型辊将铝带滚压成“u型”中空结构作为粉芯丝材外皮；选取微量ti、ni粉末在球磨机中充分混合均匀，混合时间为10–15分钟,制备出粉芯材料；在粉芯材料填充之前进行烘干处理，烘干温度控制在100℃左右；烘干后将混合粉末通过送粉器均匀注入铝带u型中空结构中，粉芯丝材填充率控制在40％；使用成型压辊将“u”型铝带轧合成“o”型铝带；将包覆ti、ni粉末的al丝带进行冷轧，获得一定直径的丝材；将冷轧后的丝材送入拉丝机中进行逐级拉拔减径，制得粉芯直径为φ2±0.1mm，随后在矫直机中进行精整，通过卷丝机将合金丝材缠绕在卷盘上，包装成成品丝材以待喷涂。

激光热喷涂通过以下技术方案实现：将所述丝材装入送丝机构中待喷涂,喷涂基体选用s355钢,喷涂前对基体进行喷砂处理保证工件表面干燥；调整激光工艺参数对基体进行激光喷涂制备非晶al–ti–ni涂层，其中激光功率1500w,扫描速度1mm/s,激光光斑直径3mm,氩气作为保护气体，流量为15l/min,搭接率50％,送丝速度1mm/s,送丝角度为45°，制备的涂层厚度为400μm。

本发明专利主要特征：

(1)在al丝添加微量ti、ni粉末有利于合金组织细化晶粒，改善涂层微观组织，增强al涂层非晶形成能力，提高涂层耐蚀性和耐磨性。

(2)本发明制备方法工序简单，实施简便，制造成本低，生产周期短，制备效率高。

(3)按照本发明调节参数对丝材进行激光热喷涂可获得组织均匀致密、表面-界面成型质量高、性能良好的非晶al涂层。

附图说明

图1激光热喷涂粉芯丝材加工工艺步骤图

图2本发明制备的al–ti–ni粉芯丝材截面微观形貌

图3铝丝材待喷涂工作图

图4本发明激光热喷涂非晶al–ti–ni涂层xrd物相分析

图5al–ti–ni涂层表面与界面形貌图

图6al–ti–ni涂层在海水中浸泡720h腐蚀形貌

具体实施方式

本发明提供的一种激光热喷涂丝材的制备方法，通过以下步骤实现：

(1)选用纯铝带作为喷涂丝材表皮，通过成型辊将纯铝带压制成u型槽结构，作为激光热喷涂丝材的表皮,u型槽用于填充粉芯材料。

(2)选取微量ti、ni粉末在行星球磨机上进行球磨并混合均匀，混合时间为10min，随后进行烘干处理，烘干温度控制在100℃左右，作为填充材料。

(3)将步骤二的混合ti–ni粉末均匀注入步骤一铝带的u型中空部分，使用成型压辊对al带的u型槽进行封闭处理。

(4)将制得的半成铝带进行冷轧为一定直径的合金丝材，通过不同直径的拉丝模拉拔进行逐级减径，确保拉拔后喷涂丝材的直径为φ2±0.1mm。

(5)通过矫直架进行精整，通过缠绕机构将喷涂丝材缠绕在卷盘上，制成成品以待喷涂。

本发明的热喷涂丝材制备完成后，可进行激光热喷涂实验，具体喷涂过程如下：

(1)将本发明的热喷涂丝材装入送丝机构中待喷涂，基体选用海洋平台用s355钢，基体待喷涂面先用砂纸打磨平整，后用丙酮清洗干净以待喷涂。

(2)选用中科四象全固态光纤耦合传输2000w激光喷涂系统、s355钢基体与mxn–10–g型送丝机构搭载al–ti–ni丝材进行激光热喷涂，制备非晶al–ti–ni涂层。激光热喷涂工艺参数为：激光功率1500w，扫描速度1mm/s，氩气送气速度15l/min，送丝速度1mm/s,搭接率50％，送丝角度45°，涂层厚度为400μm。

(3)采用上述所用激光参数进行喷涂，喷涂后的xrd物相检测如图4所示，衍射峰底部宽化，在30～40°及60～70°存在非晶漫散射峰，表明涂层存在非晶结构。涂层主要由al2o3、aln、al-fe金属间化合物及ni2mnal组成，涂层与基体呈冶金结合方式。喷涂后的非晶铝涂层表面形貌如图5(a)所示，涂层表面平整致密，组织均匀。喷涂后的非晶铝涂层界面形貌如图5(b)所示，界面无明显裂纹、孔洞，涂层与基体充分结合，搭接均匀。图6为本方法制备的铝涂层在海水中浸泡720h厚的腐蚀形貌，涂层表面无明显腐蚀坑，裂纹等缺陷，耐腐蚀性能优越。

技术特征：

技术总结
本发明属于热喷涂技术领域，具体涉及一种可应用于制备非晶铝涂层的激光热喷涂铝丝材及其制备方法。首次将Ti、Ni粉末添加到非晶铝丝中，有利于涂层细化组织晶粒，改善涂层微观组织，增强铝涂层非晶形成能力。且经激光热喷涂制备的非晶铝涂层组织均匀致密，涂层与基体呈较好的冶金结合，有利于提高铝涂层在海水中的耐腐蚀性，延长海洋平台使用寿命。该制备方法工序简单，制造成本低，制备效率高。

技术研发人员：孔德军;陈海翔;王文昌;宋仁国;蔡金龙
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：2018.07.06
技术公布日：2018.12.07