本发明属于铝合金，尤其涉及一种高流动性耐腐蚀激光熔覆用铝合金材料及其制备和应用。
背景技术：
1、激光熔覆指的是以不同的填料方式（同步送粉或预置粉末）在被涂覆基体表面上放置所选择的涂层材料，然后利用高能激光束辐照，使涂层材料与基体材料表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低、与基体成冶金结合的表面涂层。激光熔覆常用的材料有镍基合金、钴基合金、铁基合金碳化钨复合材料、陶瓷材料等，但上述材料的流动性较差，与基体的结合难度较高。
2、如cn114959686a公开了一种激光熔覆粉末及在铝合金表面激光熔覆的方法，属于激光熔覆技术领域。激光熔覆粉末包括：8～20wt％镍基合金粉末、5～12wt％碳化钨粉末和70～80wt％铜粉。镍基合金粉末包括0.6～1.0wt％c、14～17wt％cr、2.5～4.5wt％b、3～4.5wt％si以及余量的ni。该申请仅仅是采用稀土元素以消除镍基的脆性，其耐腐蚀性能，但是各个部位的耐腐蚀性能差距较大，流动性仍需要进一步提高。
3、如cn115094417a公开了一种钛合金表面高耐磨镍基激光熔覆粉末及其激光熔覆方法，激光熔覆方法包括：s1，将激光熔覆试样表面用砂纸打磨，去除表面氧化皮和污渍，用无水乙醇和丙酮将试样表面清洗干净，烘干备用；s2，将步骤1中烘干的试样放入加热器中进行预热；s3，将烘干后的激光熔覆粉末放入送粉器中，利用同轴送粉系统进行连续送粉，完成激光熔覆；其中，所述激光熔覆粉末按如下重量百分比的材料制成：cr 16%‑17%，fe 3.5%‑4.0%，c 0.5%‑1.0%，b 2.8%‑3.2%，si 4.0%‑4.5%，cu 3.0%‑3.5%，mo 2.8%‑3.2%，o＜0.1%，其余为镍和不可避免的杂质；s4，将激光熔覆后的试样利用砂纸打磨、抛光，并进行硬度及耐磨性实验。该申请通过添加cu元素和mo元素以改善其耐磨性能，但是各个部位的耐磨性能差距较大，其流动性仍需进一步提高。
4、有鉴于此，特提出本发明。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种高流动性耐腐蚀激光熔覆用铝合金材料及其制备和应用，该铝合金材料在进行激光熔覆时具有高流动性，与基体结合良好，并且其高流动性使得其形成的涂层的相关性能如耐磨性、耐高温性、耐腐蚀性、抗氧化性能等足够均匀。
2、为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
3、第一方面，本发明实施方式提供了一种高流动性耐腐蚀激光熔覆用铝合金材料，包括以下质量比组分：镍3.12-5.34%、钼4.24-6.76%、钴6.54-8.12%、硅10.45-14.49%、功能添加剂5.65-8.45%、氧化铈1.25-2.45%、氧化钇3.46-7.42%、氧化镧3.45-7.58%、以及余量的铝；
4、所述功能添加剂为掺杂有ti3+的碳化钛。
5、本发明通过复配了多种金属元素并添加了稀土氧化物，有效改善了铝合金的流动性、提高了铝合金的耐磨性、耐高温性、耐腐蚀性、抗氧化性等性能。
6、具体的，本发明复配的稀土氧化物可以在铝合金激光熔覆过程中，作为异质形核的核心，使铝合金在凝固过程中形成更多细小且均匀的晶粒，并且可以铝合金中的杂质元素发生反应，生成细小且弥散分布的化合物，从而减少杂质元素对铝合金流动性的不利影响 ；此外，在激光熔覆时，氧化铈、氧化钇、氧化镧等稀土氧化物具有较高的化学活性，能够在铝合金液表面形成一层较为稳定的氧化膜。这层氧化膜可以降低铝合金液与铸型之间的表面张力，使铝合金液更容易在铸型中铺展和充填，从而提高其流动性；并且本发明复配的稀土氧化物可以使铝合金的凝固温度范围变宽。在较宽的凝固温度范围内，合金液保持液态的时间相对延长，有利于其在基体中的流动，从而提高合金的流动性，并且本发明复配的稀土氧化物的加入能够改变铝合金的液态结构，使合金液中的原子或分子间的相互作用减弱，从而降低合金液的粘度。粘度降低后，合金液在重力或外力作用下更容易流动；还需说明的是，在激光熔覆过程中难免会产生氧、硫等杂质，而本发明复配的稀土氧化物具有一定的脱氧、脱硫能力，能够去除铝合金中的氧、硫等有害气体和杂质。使得铝合金的纯净度进一步提高，其内部的缺陷和夹杂物减少，液态合金的连续性和均匀性得到改善，有助于提高合金的流动性。
7、此外，本发明复配的稀土氧化物与各个金属元素之间具有良好的协同作用，使得铝合金的耐磨性、耐高温性、耐腐蚀性、抗氧化性等性能具有极大的提升。其中氧化铈对钼等元素具有细化晶粒的作用，当加入氧化铈时，钼、镍、钴的晶粒可显著细化，此时可以提高其形成合金的耐磨性、耐高温性、耐腐蚀性等性能。而氧化钇具有良好的化学稳定性和热稳定性，添加氧化钇可以提高铝合金的耐高温性能、抗氧化性能和机械强度等。其主要通过提高铝合金的抗蠕变性能，细化金属元素晶粒，从而有效提升其耐高温性。而氧化镧可以细化金属元素的晶粒，提高铝合金的强度和韧性，进一步提高铝合金的耐磨性，抗氧化性并且氧化镧还可以提高本技术添加的金属的再结晶温度，抑制晶粒长大，从而提高铝合金的耐高温性能。
8、此外，本技术中还加入了自制的功能添加剂，本发明添加的功能添加剂可以与本发明复配的稀土氧化物具有细化晶粒、改善铝合金流动性、提高抗氧化性等的协同作用。更重要的是，在铝合金中，碳化钛作为硬质弥散相，能够阻碍位错运动，从而提高材料的强度，而稀土氧化物可以通过细化晶粒和改变合金的微观结构，使碳化钛在合金中的分布更加均匀。这种均匀分布的碳化钛能够更有效地发挥弥散强化的作用，同时稀土氧化物也可以在一定程度上增强合金基体的结合力，进一步提高材料的强度。此外，本技术自制的掺杂有ti3+的碳化钛更是加强了上述性能。
9、在一种优选的实施方式中，所述功能添加剂的制备方法包括如下所示步骤：
10、将碳化钛与氧化锆在溶剂中混合，以2000-3000r/min球磨2-4h，过滤、干燥得到功能添加剂。
11、在一种优选的实施方式中，所述碳化钛的平均粒径为50-100nm。
12、在一种优选的实施方式中，所述碳化钛、氧化锆和溶剂的质量比为1：(9000-12000)：（18000-24000）。
13、在一种优选的实施方式中，所述氧化锆的粒径为0.03-0.5mm；
14、在一种优选的实施方式中，所述溶剂为溶解有三氯化钛的乙醇溶液，所述三氯化钛的浓度为1-2g/l。
15、由于本身碳化钛与铝合金的相容性有待提高，本发明通过在碳化钛中引入三价钛粒子增强了铝合金和碳化钛的相容性，进一步增强了铝合金的流动性、力学性能、耐腐蚀性等。
16、这主要是三价钛离子的引入会在碳化钛与铝合金的界面处引发一些特殊的化学反应。三价钛离子具有一定的化学活性，能够与铝合金中的元素，如铝、镍等发生化学反应，形成化学键合或具有较强结合力的界面相。这种化学键合可以显著增强碳化钛与铝合金之间的结合强度，使两者之间的界面更加稳定，减少在受力或高温等条件下出现界面分离的可能性。同时，三价钛离子的存在可能会改变界面处的化学反应路径，抑制一些可能导致界面弱化的有害反应的发生。在没有三价钛离子时，铝合金中的某些元素可能会与碳化钛表面的杂质或氧化物发生反应，生成一些脆性相或低熔点相，这些相会降低界面的结合强度和材料的整体性能。而三价钛离子的引入可以优先与这些杂质或氧化物反应，阻止有害反应的进行，从而提高相容性。此外，三价钛离子与碳化钛都具有细化合金晶粒的作用。三价钛离子可以作为异质形核的核心，增加铝合金凝固时的形核位点，从而细化晶粒。碳化钛本身也能在铝合金凝固过程中起到类似的异质形核作用，两者共同作用时，能够产生协同效应，使铝合金的晶粒得到更显著的细化。细化后的晶粒结构可以提高铝合金的强度、韧性和耐腐蚀性等性能，同时也有助于改善材料的加工性能和表面质量；更多的是，三价钛离子的引入可以提高碳化钛的硬度和强度，使其与铝合金之间的力学性能差距减小，从而改善两者的相容性。并且含有三价钛离子的碳化钛作为增强相，可以显著提高铝合金的整体强度和硬度，同时保持铝合金基体的韧性，使材料具有更好的综合力学性能。
17、第二方面，本发明实施方式提供了一种如上述的高流动性耐腐蚀激光熔覆用铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
18、惰性气体下，混合纯镍粉、纯钼粉、纯钴粉、纯硅粉和纯铝粉，一次球磨得到一次混合物，将一次混合物与氧化铈、氧化钇、氧化镧混合均匀，二次球磨得到二次混合物，将二次混合物与功能添加剂混合均匀，三次球磨得到二次混合物激光熔覆用铝合金材料。
19、在一种优选的实施方式中，所述纯镍粉的平均粒径为15-100μm。
20、在一种优选的实施方式中，所述纯钼粉的平均粒径为15-100μm。
21、在一种优选的实施方式中，所述纯钴粉的平均粒径为15-100μm。
22、在一种优选的实施方式中，所述纯硅粉的平均粒径为15-100μm。
23、在一种优选的实施方式中，所述纯铝粉的平均粒径为15-100μm。
24、在一种优选的实施方式中，所述氧化铈的平均粒径为15-100μm。
25、在一种优选的实施方式中，所述氧化钇的平均粒径为15-100μm。
26、在一种优选的实施方式中，所述氧化镧的平均粒径为15-100μm。
27、在一种优选的实施方式中，所述一次球磨的具体条件为：200-400r/min球磨3-6h。
28、在一种优选的实施方式中，所述二次球磨的具体条件为：200-400r/min球磨2-4h。
29、在一种优选的实施方式中，所述三次球磨的具体条件为：200-400r/min球磨1-2h。
30、第三方面，本发明实施方式提供了一种上述的高流动性耐腐蚀激光熔覆用铝合金材料在激光熔覆中的应用。
31、在一种优选的实施方式中，所述应用中激光熔覆的基体为铝合金或纯铝。
32、本发明特别的优选用于铝合金的表面镀层，由于本发明复配的材料中铝具有高占比，在用于铝合金为基体时的激光熔覆材料，其与基体的相容性较好，更易发挥其性能。
33、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：
34、1、本发明在铝合金中加入的镍、钼、钴、硅等元素可以有效提高铝合金的力学性能、改善铝合金铸造性能、增强铝合金耐腐蚀性、提高铝合金耐热性。
35、2、本发明通过复配了多种金属元素并添加了稀土氧化物，有效改善了铝合金的流动性、提高了铝合金的耐磨性、耐高温性、耐腐蚀性、抗氧化性等性能。
36、3、本发明添加的功能添加剂可以与本发明复配的稀土氧化物具有细化晶粒、改善铝合金流动性、提高抗氧化性等的协同作用。更重要的是，在铝合金中，碳化钛作为硬质弥散相，能够阻碍位错运动，从而提高材料的强度，而稀土氧化物可以通过细化晶粒和改变合金的微观结构，使碳化钛在合金中的分布更加均匀。
37、4、由于本身碳化钛与铝合金的相容性有待提高，本发明通过在碳化钛中引入三价钛粒子增强了铝合金和碳化钛的相容性，进一步增强了铝合金的流动性、力学性能、耐腐蚀性等。