立柱及其表面高速激光熔覆铁基非晶防护层的制备方法与流程

本发明涉及表面工程，具体涉及一种立柱及其表面高速激光熔覆铁基非晶防护层的制备方法。

背景技术：

1、与传统合金钢相比，铁基非晶合金的原子排列呈现为长程无序和短程有序的玻璃状结构。因为不存在晶界、位错或界面缺陷等常规合金材料的结构缺陷，铁基非晶合金表现出优于晶体材料的耐腐蚀性能。将铁基非晶合金在各种基体表面制备为涂层，不仅可以发挥非晶合金的优良性能，还可以间接避免非晶材料脆性高、制备难度大（与超高冷却速度有关）等问题，突破非晶态合金的制备尺寸限制。铁基非晶防护层可以有效延长工件的使用寿命，并显著降低设备的维护成本，因此已广泛应用于能源、化工、航空航天、造船等行业，有巨大的应用前景。

2、激光熔覆技术是当前制备铁基非晶防护层应用较广泛的表面技术，常规激光熔覆的扫描速度不超过2m/min，并且热输入大，导致稀释率较大，不利于非晶相的产生，降低铁基非晶防护层的力学及耐腐蚀性能。超高速激光熔覆的扫描速度一般为25~200m/min，但是超高的扫描速度导致涂层的厚度一般不超过0.1mm，高速激光熔覆的扫描速度介于常规和超高速激光熔覆之间，具备超高速激光熔覆的低稀释率和高扫描速度的技术特点，同时可以制备0.1~1mm涂层，可以有效提高涂层的非晶含量和耐腐蚀性能。

3、cn113584477a公开了一种超高速激光熔覆铁基非晶涂层的制备方法，但是并没有进行涂层非晶含量的定量表征，不清楚其具体效果。由其附图看，其涂层顶部仍然存在大量的结晶区。结晶区对高氯矿井水环境中氯离子的抵抗较弱。虽然其腐蚀试验中抗腐蚀效果较好，但仍然不能满足高氯矿井水环境中的抗腐蚀需求。

4、cn116716604a公开了一种高速激光熔覆制备铁基非晶合金涂层的方法，但是扫描速度为10mm/s，并不符合当前学者们对于高速/超高速激光熔覆认定的扫描速度范围。根据原煤炭部对部分矿井腐蚀情况的调查，钢铁在井下的年平均腐蚀深度为0.2~1.2mm，腐蚀速度为海洋环境的2~3倍。而氯离子是众多引起金属腐蚀的因素中影响最大的因素，氯离子半径小、穿透性好，具有竞争吸附作用，即氯离子取代o2-、oh-等在金属表面的吸附，而形成可溶性的金属-氯离子络合物，因此氯离子对钝化膜有特别的局部破坏作用。

技术实现思路

1、本发明提供了一种立柱及其表面高速激光熔覆铁基非晶防护层的制备方法，高速激光熔覆技术是在常规激光熔覆技术的基础上，调整了激光与粉末的汇聚焦点，大量粉末在到达基材之前可能已经充分熔化，使基体得到的热输入更少，涂层冷却速率更快，有利于制备高非晶含量的铁基非晶防护层。并且高速激光熔覆铁基非晶防护层相比常规激光熔覆铁基非晶防护层具有更高的非晶含量和更均匀的非晶相分布，具有更优异的耐腐蚀性能，可以实现对煤矿井下高氯矿井水环境液压支架立柱表面的有效防护，更好的保障煤矿的安全生产。

2、本发明采用高速激光熔覆技术，通过调节扫描速度，得到非晶含量最高且分布均匀的铁基非晶涂层，具有优异的耐腐蚀性能，可以实现对煤矿井下高氯矿井水环境液压支架立柱表面的有效防护，更好的保障煤矿的安全生产。

3、本发明提供的具体技术方案如下：

4、本发明提供的一种用于高氯矿井水环境的立柱表面高速激光熔覆铁基非晶防护层的制备方法，包括以下步骤：

5、对基体表面进行前处理，所述基体为无缝钢管；

6、将铁基非晶粉末通过高速激光熔覆技术在基体表面制备单层多道铁基非晶防护层，其中，铁基非晶粉末为真空气雾化球形粉末，粉末粒度15~53μm；

7、高速激光熔覆系统的熔覆头的位置保持在无缝钢管的轴线位置，高速激光熔覆实验的离焦量为12~15mm的范围内，激光功率为1600w~2000w，扫描速度为50mm/s~150mm/s，得到铁基非晶防护层，所述铁基非晶防护层的非晶含量不低于90%。

8、进一步地，所述前处理包括：将无缝钢管基体的氧化皮通过机加工方法去除，并使用砂纸打磨光滑，使用无水乙醇进行擦拭。

9、进一步地，高速激光熔覆工艺参数中的激光功率为1800w，扫描速度为130mm/s。

10、进一步地，高速激光熔覆工艺中的送粉器转速为2.3r/min，进给速率为0.5mm/r。

11、进一步地，高速激光熔覆工艺中的载气流量为9l/min，保护气流量为20l/min。

12、进一步地，高速激光熔覆工艺中的铁基非晶粉末为气雾化球形粉末，粉末粒度15~53μm。

13、进一步地，采用的高速激光熔覆工艺中的离焦距离为12mm。所述铁基非晶防护层的厚度为150 ~500μm。

14、进一步地，所述铁基非晶防护层顶部微观组织为非晶相，所述铁基非晶防护层的非晶含量不低于95%。

15、进一步地，所述铁基非晶防护层腐蚀电位为-0.471v，腐蚀电流密度为2.7×10-6a/cm2。

16、一种立柱，所述立柱表面设有通过用于高氯矿井水环境的立柱表面高速激光熔覆铁基非晶防护层的制备方法制备的铁基非晶防护层。

17、本发明的有益效果如下：

18、本发明提供一种高氯矿井水环境立柱表面高速激光熔覆铁基非晶防护层的制备方法，通过将多种参数纳入综合考虑，通过高速激光熔覆工艺在无缝钢管基体表面制备单层多道铁基非晶防护层，通过调整高速激光熔覆的扫描速度，成功制备了具有高非晶含量的铁基非晶防护层，具有优异的耐腐蚀性能，可以为高氯矿井水环境下服役的液压支架立柱实现有效防护，保障煤矿开采安全。

19、相对于现有技术，本申请通过将粉末粒度、离焦量、激光功率、扫描速度、送粉器转速及进给速率等纳入综合考量，使得铁基非晶防护层的非晶含量不低于90%，在最优参数下，非晶含量最大值大于95%。本申请的非晶含量相对现有技术得到了进一步提高，使其能够有效应用于高氯矿井水环境中。

技术特征：

1.一种用于高氯矿井水环境的立柱表面高速激光熔覆铁基非晶防护层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于高氯矿井水环境的立柱表面高速激光熔覆铁基非晶防护层的制备方法，其特征在于，所述前处理包括：将无缝钢管基体的氧化皮通过机加工方法去除，并使用砂纸打磨光滑，使用无水乙醇进行擦拭。

3.根据权利要求1所述的一种用于高氯矿井水环境的立柱表面高速激光熔覆铁基非晶防护层的制备方法，其特征在于，高速激光熔覆工艺参数中的激光功率为1800w，扫描速度为130mm/s。

4.根据权利要求1所述的一种用于高氯矿井水环境的立柱表面高速激光熔覆铁基非晶防护层的制备方法，其特征在于，高速激光熔覆工艺中的送粉器转速为2.3r/min，进给速率为0.5mm/r。

5.根据权利要求1所述的一种用于高氯矿井水环境的立柱表面高速激光熔覆铁基非晶防护层的制备方法，其特征在于，高速激光熔覆工艺中的载气流量为9l/min，保护气流量为20l/min。

6.根据权利要求1所述的一种用于高氯矿井水环境的立柱表面高速激光熔覆铁基非晶防护层的制备方法，其特征在于，高速激光熔覆工艺中的铁基非晶粉末为气雾化球形粉末。

7.根据权利要求1所述的一种用于高氯矿井水环境的立柱表面高速激光熔覆铁基非晶防护层的制备方法，其特征在于，采用的高速激光熔覆工艺中的离焦距离为12mm，所述铁基非晶防护层的厚度为150 ~500μm。

8.根据权利要求1所述的一种用于高氯矿井水环境的立柱表面高速激光熔覆铁基非晶防护层的制备方法，其特征在于，所述铁基非晶防护层顶部微观组织为非晶相，所述铁基非晶防护层的非晶含量不低于95%。

9.根据权利要求1所述的一种用于高氯矿井水环境的立柱表面高速激光熔覆铁基非晶防护层的制备方法，其特征在于，所述铁基非晶防护层腐蚀电位为-0.471v，腐蚀电流密度为2.7×10-6 a/cm2。

10.一种立柱，其特征在于，所述立柱表面设有通过如权利要求1所述的用于高氯矿井水环境的立柱表面高速激光熔覆铁基非晶防护层的制备方法制备的铁基非晶防护层。

技术总结
本发明公开了一种立柱及其表面高速激光熔覆铁基非晶防护层的制备方法，属于表面工程领域，方法包括以下步骤：对基体表面进行前处理，所述基体为无缝钢管；将铁基非晶粉末通过高速激光熔覆技术在基体表面制备单层多道铁基非晶防护层，其中，铁基非晶粉末为真空气雾化球形粉末，粉末粒度15~53μm；高速激光熔覆系统的熔覆头的位置保持在无缝钢管的轴线位置，高速激光熔覆实验的离焦量为12~15mm的范围内，激光功率为1600W~2000W，扫描速度为50mm/s~150mm/s，得到铁基非晶防护层，所述铁基非晶防护层的非晶含量不低于90%。

技术研发人员：马昆,程延海,王海楠,万义兴,王博,潘青全,杨金勇
受保护的技术使用者：国家能源集团宁夏煤业有限责任公司金家渠煤矿
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22