本發(fā)明屬于涂層材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在鋼板表面制備耐蝕復(fù)合涂層的方法。

背景技術(shù)：
隨著我國國防工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼材的應(yīng)用廣泛，特別是海洋事業(yè)的發(fā)展，對海上水下工程提出了越來越高的要求。材料的高強(qiáng)度和高耐海水腐蝕性能是水下工程的關(guān)鍵指標(biāo)之一。鋼材是最常用的結(jié)構(gòu)材料，具有一系列優(yōu)良的性能，如力學(xué)性能、焊接性能、熱穩(wěn)定性能等，且成本相對較低。然而鋼材的耐海洋腐蝕性能遠(yuǎn)不如鈦合金，且比重較大。鋼材在海水中的主要腐蝕破壞形態(tài)為點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕。國內(nèi)外一些文獻(xiàn)都明確指出，304L和316L試樣全浸在海水中僅經(jīng)歷3～6個(gè)月，便因嚴(yán)重點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕而穿孔，降低了使用壽命。因此、在某些情況下需要將鋼材與鈦連接起來使用，發(fā)揮各自的優(yōu)勢。因此從使用性能角度出發(fā)，在鋼材表面制備鈦合金耐蝕涂層是非常有必要的。鋼材中的鐵元素與鈦元素在元素周期表中不同族，鋼材與鈦金屬之間物理、化學(xué)和力學(xué)性能均差異巨大，采用常規(guī)表面方法在鋼材表面制備鈦合金涂層，容易出現(xiàn)冶金不相容性，在界面易于形成脆性化合物相，以及由于熱物理性能不匹配產(chǎn)生殘余應(yīng)力等嚴(yán)重影響表面質(zhì)量。鋼材表面制備鈦合金耐蝕涂層的主要難點(diǎn)是：互溶性差，由相圖可知，低溫下，F(xiàn)e在α-Ti中的固溶度很小，激光直接熔覆時(shí)，二者不發(fā)生反應(yīng)，成分不均勻，此外，二者的熱導(dǎo)率、比熱容和線膨脹系數(shù)差異均比較大，容易導(dǎo)致連接區(qū)域變形大，不平整。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種在鋼板表面制備耐蝕復(fù)合涂層的方法，該方法在鋼板表面制備得到的耐蝕復(fù)合涂層由鎳過渡層和鈦表面層構(gòu)成，該耐蝕復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)致密、表面平整光滑、與基體結(jié)合良好且耐蝕性能良好，能夠顯著提高海洋工程用鋼材材料表面的耐蝕性能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種在鋼板表面制備耐蝕復(fù)合涂層的方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一、對鋼板表面進(jìn)行脫脂清洗，然后將脫脂清洗后的鋼板置于電解液中，以鋼板為陰極，以鈦板為陽極，在電流密度為0.1A/dm2～2A/dm2的條件下對所述鋼板進(jìn)行陰極活化處理；所述電解液為質(zhì)量濃度為2.16％～20％的鹽酸溶液，所述陰極活化處理的時(shí)間為1min～5min；步驟二、將步驟一中經(jīng)陰極活化處理后的鋼板置于鎳電鍍液中，以鋼板為陰極，以鈦板為陽極，在電流密度為2A/cm2～5A/cm2的條件下對所述鋼板表面進(jìn)行電鍍處理，清洗后干燥，得到表面具有鎳過渡層的鋼板；所述鎳電鍍液的溫度為40℃～60℃，鎳電鍍液的pH值為4～6，電鍍處理的時(shí)間為1h～5h；步驟三、以金屬鈦粉為粉料，采用同步送粉的方式，在氣壓為0.01MPa～1MPa的氬氣保護(hù)氣氛下對步驟二中具有鎳過渡層的鋼板表面進(jìn)行激光熔覆處理，在鎳過渡層表面得到厚度為0.5mm～1.51mm的鈦表面層，然后將經(jīng)激光熔覆處理后的鋼板按2℃/min～3℃/min冷卻速度冷卻至室溫，在鋼板表面制備得到耐蝕復(fù)合涂層；所述激光熔覆處理的激光功率為1000W～8000W，正離焦為10mm～15mm，送粉率為30g/min～50g/min，掃描速度為20mm/s～30mm/s，搭接率為70％～80％。上述的一種在鋼板表面制備耐蝕復(fù)合涂層的方法，其特征在于，步驟二中每升所述鎳電鍍液中含氨基磺酸鎳300g～400g，氯化鎳30g～50g，硼酸30g～45g，十二烷基硫酸鈉0.5g～1g。上述的一種在鋼板表面制備耐蝕復(fù)合涂層的方法，其特征在于，步驟二中所述鎳過渡層的厚度不小于0.1mm。上述的一種在鋼板表面制備耐蝕復(fù)合涂層的方法，其特征在于，步驟二中所述電鍍處理的電流密度為2A/cm2～3A/cm2，鎳電鍍液的溫度為45℃～55℃，鎳電鍍液的pH值為4.5～5，電鍍處理的時(shí)間為3h～5h。上述的一種在鋼板表面制備耐蝕復(fù)合涂層的方法，其特征在于，所述電鍍處理的電流密度為2.5A/cm2，鎳電鍍液的溫度為50℃，鎳電鍍液的pH值為4.5，電鍍處理的時(shí)間為4h。上述的一種在鋼板表面制備耐蝕復(fù)合涂層的方法，其特征在于，步驟三中所述激光熔覆處理的激光功率為2500W～7500W，正離焦為12mm～15mm，送粉率為35g/min～45g/min，掃描速度為20mm/s～25mm/s，搭接率為70％～75％。上述的一種在鋼板表面制備耐蝕復(fù)合涂層的方法，其特征在于，所述激光熔覆處理的激光功率為6000W，正離焦為15mm，送粉率為40g/min，掃描速度為20mm/s，搭接率為70％。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明在鋼板表面制備得到的耐蝕復(fù)合涂層由鎳過渡層和鈦表面層構(gòu)成，該耐蝕復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)致密平整，與基體結(jié)合良好且耐蝕性能良好，能夠顯著提高海洋工程用鋼材材料表面的耐蝕性能。2、本發(fā)明在具有鎳過渡層的鋼板表面采用激光熔覆的工藝制備鈦表面層，能夠充分發(fā)揮鋼材與鈦金屬在性能和經(jīng)濟(jì)上的互補(bǔ)優(yōu)勢，為了在鋼板表面獲得耐蝕性能優(yōu)良的鈦涂層，設(shè)計(jì)鎳為過渡層，一方面，F(xiàn)e與Ni為同族元素，兩者的相容性好，所以形成的固溶體的性能較好，另一方面，鎳過渡層和鈦表面層之間可以實(shí)現(xiàn)Ti-Ni無限固溶，Ti-Ni無限固溶形成的過飽和固溶體相的塑性比Ti-Fe金屬間化合物的塑性優(yōu)良。3、本發(fā)明采用金屬鎳為中間過渡層，能夠顯著改善鋼板和鈦連接處材料界面的狀況，如力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)和成分均勻性等，有效減少脆性金屬間化合物的生成，顯著改善涂層的表面質(zhì)量，如平整度、缺陷等，大大減少涂層開裂的傾向。4、本發(fā)明制備的鈦表面層能夠與鎳過渡層實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，使鋼板能夠適用于極端重載荷的工況，本發(fā)明工藝過程穩(wěn)定性好、適用范圍廣、成本低，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的耐蝕復(fù)合涂層的SEM照片。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備耐蝕復(fù)合涂層前和制備耐蝕復(fù)合涂層后鋼板表面的電位極化曲線對比圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例1本實(shí)施例包括以下步驟：步驟一、利用超聲波清洗機(jī)對鋼板表面進(jìn)行脫脂清洗，然后將脫脂清洗后的鋼板置于電解液中，以鋼板為陰極，以鈦板為陽極，在電流密度為0.5A/dm2的條件下對所述鋼板進(jìn)行陰極活化處理；所述電解液為質(zhì)量濃度為4.3％的鹽酸溶液，所述陰極活化處理的時(shí)間為5min，所述脫脂清洗的時(shí)間為15min，所述鋼板為45#鋼板；步驟二、將步驟一中經(jīng)陰極活化處理后的鋼板置于鎳電鍍液中，以鋼板為陰極，以鈦板為陽極，在電流密度為2.5A/cm2的條件下對所述鋼板表面進(jìn)行電鍍處理，清洗后干燥，得到表面具有鎳過渡層的鋼板；所述鎳電鍍液的溫度為40℃，鎳電鍍液的pH值為5，電鍍處理的時(shí)間為5h，所述鎳電鍍液的溶劑為水，鎳電鍍液中各組分的濃度為氨基磺酸鎳350g/L，氯化鎳40g/L，硼酸40g/L，十二烷基硫酸鈉0.5g/L；步驟三、以金屬鈦粉為粉料，采用同步送粉的方式，在氣壓為0.01MPa的氬氣保護(hù)氣氛下對步驟二中具有鎳過渡層的鋼板表面進(jìn)行激光熔覆處理，在鎳過渡層表面得到厚度約為0.50mm的鈦表面層，然后將經(jīng)激光熔覆處理后的鋼板按2℃/min冷卻速度冷卻至室溫25℃，在鋼板表面制備得到耐蝕復(fù)合涂層；所述激光熔覆處理的激光功率為2580W，正離焦為12mm，送粉率為30g/min，掃描速度為30mm/s，搭接率為70％，激光熔覆處理中激光束輸出前預(yù)通氬氣5min～10min。從圖1中可以看出，本實(shí)施例在鋼板表面制備得到了由厚度約為0.16mm的鎳過渡層和厚度約為0.50mm的鈦表面層構(gòu)成的耐蝕復(fù)合涂層，該復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)致密平整，與基體結(jié)合良好，其中鎳過渡層與鈦表面層之間明顯形成了冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度較高；圖2中曲線a為制備耐蝕復(fù)合涂層前鋼板表面的電位極化曲線(電解液為3.5wt.％的氯化鈉水溶液)，曲線b為制備耐蝕復(fù)合涂層后鋼板表面的電位極化曲線(電解液為3.5wt.％的氯化鈉水溶液)，對比曲線a和曲線b可以看出，制備耐蝕復(fù)合涂層后鋼板表面的Icorr<制備耐蝕復(fù)合涂層前鋼板表面的Icorr，制備耐蝕復(fù)合涂層后鋼板表面的Ecorr>制備耐蝕復(fù)合涂層前鋼板表面的Ecorr，Icorr越小，Ecorr越高，表面鋼材的耐蝕性能越好，本實(shí)施例制備耐蝕復(fù)合涂層后鋼板表面的Icorr＝1×10-6A/cm2，Ecorr＝-0.3V，制備耐蝕復(fù)合涂層前鋼板表面的Icorr＝1×10-5A/cm2，Ecorr＝-0.75V，說明本實(shí)施例在鋼材表面制備的耐蝕復(fù)合涂層使鋼材的耐蝕性能得到顯著的提高。實(shí)施例2本實(shí)施例包括以下步驟：步驟一、利用超聲波清洗機(jī)對鋼板表面進(jìn)行脫脂清洗，然后將脫脂清洗后的鋼板置于電解液中，以鋼板為陰極，以鈦板為陽極，在電流密度為1A/dm2的條件下對所述鋼板進(jìn)行陰極活化處理；所述電解液為質(zhì)量濃度為2.16％的鹽酸溶液，所述陰極活化處理的時(shí)間為2min，所述脫脂清洗的時(shí)間為15min，所述鋼板為1Cr17Ni2不銹鋼板；步驟二、將步驟一中經(jīng)陰極活化處理后的鋼板置于鎳電鍍液中，以鋼板為陰極，以鈦板為陽極，在電流密度為2A/cm2的條件下對所述鋼板表面進(jìn)行電鍍處理，清洗后干燥，得到表面具有鎳過渡層的鋼板；所述鎳電鍍液的溫度為60℃，鎳電鍍液的pH值為4，電鍍處理的時(shí)間為3h，所述鎳電鍍液的溶劑為水，鎳電鍍液中各組分的濃度為氨基磺酸鎳300g/L，氯化鎳50g/L，硼酸45g/L，十二烷基硫酸鈉1g/L；步驟三、以金屬鈦粉為粉料，采用同步送粉的方式，在氣壓為0.01MPa的氬氣保護(hù)氣氛下對步驟二中具有鎳過渡層的鋼板表面進(jìn)行激光熔覆處理，在鎳過渡層表面得到厚度約為0.73mm的鈦表面層，然后將經(jīng)激光熔覆處理后的鋼板按3℃/min冷卻速度冷卻至室溫22℃，在鋼板表面制備得到耐蝕復(fù)合涂層；所述激光熔覆處理的激光功率為6015W，正離焦為15mm，送粉率為34g/min，掃描速度為30mm/s，搭接率為70％，激光熔覆處理中激光束輸出前預(yù)通氬氣5min～10min。本實(shí)施例在鋼板表面制備得到了由厚度約為0.11mm的鎳過渡層和厚度約為0.73mm的鈦表面層構(gòu)成的耐蝕復(fù)合涂層，該復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)致密平整，與基體結(jié)合良好，其中鎳過渡層與鈦表面層之間形成了冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度較高；本實(shí)施例制備耐蝕復(fù)合涂層后鋼板表面的Icorr＝1×10-8A/cm2，Ecorr＝-0.08V，制備耐蝕復(fù)合涂層前鋼板表面的Icorr＝1×10-7A/cm2，Ecorr＝-0.3V，說明本實(shí)施例在鋼材表面制備的耐蝕復(fù)合涂層使鋼材的耐蝕性能得到顯著的提高。實(shí)施例3本實(shí)施例包括以下步驟：步驟一、利用超聲波清洗機(jī)對鋼板表面進(jìn)行脫脂清洗，然后將脫脂清洗后的鋼板置于電解液中，以鋼板為陰極，以鈦板為陽極，在電流密度為1A/dm2的條件下對所述鋼板進(jìn)行陰極活化處理；所述電解液為質(zhì)量濃度為10.4％的鹽酸溶液，所述陰極活化處理的時(shí)間為1min，所述脫脂清洗的時(shí)間為15min，所述鋼板為Q235鋼板；步驟二、將步驟一中經(jīng)陰極活化處理后的鋼板置于鎳電鍍液中，以鋼板為陰極，以鈦板為陽極，在電流密度為3A/cm2的條件下對所述鋼板表面進(jìn)行電鍍處理，清洗后干燥，得到表面具有鎳過渡層的鋼板；所述鎳電鍍液的溫度為40℃，鎳電鍍液的pH值為5，電鍍處理的時(shí)間為5h，所述鎳電鍍液的溶劑為水，鎳電鍍液中各組分的濃度為氨基磺酸鎳400g/L，氯化鎳30g/L，硼酸30g/L，十二烷基硫酸鈉0.8g/L；步驟三、以金屬鈦粉為粉料，采用同步送粉的方式，在氣壓為0.01MPa的氬氣保護(hù)氣氛下對步驟二中具有鎳過渡層的鋼板表面進(jìn)行激光熔覆處理，在鎳過渡層表面得到厚度約為1.42mm的鈦表面層，然后將經(jīng)激光熔覆處理后的鋼板按2℃/min冷卻速度冷卻至室溫23℃，在鋼板表面制備得到耐蝕復(fù)合涂層；所述激光熔覆處理的激光功率為7426W，正離焦為12mm，送粉率為45g/min，掃描速度為30mm/s，搭接率為70％，激光熔覆處理中激光束輸出前預(yù)通氬氣5min～10min。本實(shí)施例在鋼板表面制備得到了由厚度約為0.21mm的鎳過渡層和厚度約為1.42mm的鈦表面層構(gòu)成的耐蝕復(fù)合涂層，該復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)致密平整，與基體結(jié)合良好，其中鎳過渡層與鈦表面層之間形成了冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度較高；本實(shí)施例制備耐蝕復(fù)合涂層后鋼板表面的Icorr＝1×10-7A/cm2，Ecorr＝-0.05V，制備耐蝕復(fù)合涂層前鋼板表面的Icorr＝1×10-6A...