本發(fā)明屬于鋁合金，尤其涉及一種高流動(dòng)性耐腐蝕激光熔覆用鋁合金材料及其制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、激光熔覆指的是以不同的填料方式（同步送粉或預(yù)置粉末）在被涂覆基體表面上放置所選擇的涂層材料，然后利用高能激光束輻照，使涂層材料與基體材料表面一薄層同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低、與基體成冶金結(jié)合的表面涂層。激光熔覆常用的材料有鎳基合金、鈷基合金、鐵基合金碳化鎢復(fù)合材料、陶瓷材料等，但上述材料的流動(dòng)性較差，與基體的結(jié)合難度較高。

2、如cn114959686a公開了一種激光熔覆粉末及在鋁合金表面激光熔覆的方法，屬于激光熔覆技術(shù)領(lǐng)域。激光熔覆粉末包括：8～20wt％鎳基合金粉末、5～12wt％碳化鎢粉末和70～80wt％銅粉。鎳基合金粉末包括0.6～1.0wt％c、14～17wt％cr、2.5～4.5wt％b、3～4.5wt％si以及余量的ni。該申請(qǐng)僅僅是采用稀土元素以消除鎳基的脆性，其耐腐蝕性能，但是各個(gè)部位的耐腐蝕性能差距較大，流動(dòng)性仍需要進(jìn)一步提高。

3、如cn115094417a公開了一種鈦合金表面高耐磨鎳基激光熔覆粉末及其激光熔覆方法，激光熔覆方法包括：s1，將激光熔覆試樣表面用砂紙打磨，去除表面氧化皮和污漬，用無水乙醇和丙酮將試樣表面清洗干凈，烘干備用；s2，將步驟1中烘干的試樣放入加熱器中進(jìn)行預(yù)熱；s3，將烘干后的激光熔覆粉末放入送粉器中，利用同軸送粉系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)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%，其余為鎳和不可避免的雜質(zhì)；s4，將激光熔覆后的試樣利用砂紙打磨、拋光，并進(jìn)行硬度及耐磨性實(shí)驗(yàn)。該申請(qǐng)通過添加cu元素和mo元素以改善其耐磨性能，但是各個(gè)部位的耐磨性能差距較大，其流動(dòng)性仍需進(jìn)一步提高。

4、有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種高流動(dòng)性耐腐蝕激光熔覆用鋁合金材料及其制備和應(yīng)用，該鋁合金材料在進(jìn)行激光熔覆時(shí)具有高流動(dòng)性，與基體結(jié)合良好，并且其高流動(dòng)性使得其形成的涂層的相關(guān)性能如耐磨性、耐高溫性、耐腐蝕性、抗氧化性能等足夠均勻。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明實(shí)施方式提供了一種高流動(dòng)性耐腐蝕激光熔覆用鋁合金材料，包括以下質(zhì)量比組分：鎳3.12-5.34%、鉬4.24-6.76%、鈷6.54-8.12%、硅10.45-14.49%、功能添加劑5.65-8.45%、氧化鈰1.25-2.45%、氧化釔3.46-7.42%、氧化鑭3.45-7.58%、以及余量的鋁；

4、所述功能添加劑為摻雜有ti3+的碳化鈦。

5、本發(fā)明通過復(fù)配了多種金屬元素并添加了稀土氧化物，有效改善了鋁合金的流動(dòng)性、提高了鋁合金的耐磨性、耐高溫性、耐腐蝕性、抗氧化性等性能。

6、具體的，本發(fā)明復(fù)配的稀土氧化物可以在鋁合金激光熔覆過程中，作為異質(zhì)形核的核心，使鋁合金在凝固過程中形成更多細(xì)小且均勻的晶粒，并且可以鋁合金中的雜質(zhì)元素發(fā)生反應(yīng)，生成細(xì)小且彌散分布的化合物，從而減少雜質(zhì)元素對(duì)鋁合金流動(dòng)性的不利影響?；此外，在激光熔覆時(shí)，氧化鈰、氧化釔、氧化鑭等稀土氧化物具有較高的化學(xué)活性，能夠在鋁合金液表面形成一層較為穩(wěn)定的氧化膜。這層氧化膜可以降低鋁合金液與鑄型之間的表面張力，使鋁合金液更容易在鑄型中鋪展和充填，從而提高其流動(dòng)性；并且本發(fā)明復(fù)配的稀土氧化物可以使鋁合金的凝固溫度范圍變寬。在較寬的凝固溫度范圍內(nèi)，合金液保持液態(tài)的時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)，有利于其在基體中的流動(dòng)，從而提高合金的流動(dòng)性，并且本發(fā)明復(fù)配的稀土氧化物的加入能夠改變鋁合金的液態(tài)結(jié)構(gòu)，使合金液中的原子或分子間的相互作用減弱，從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動(dòng)；還需說明的是，在激光熔覆過程中難免會(huì)產(chǎn)生氧、硫等雜質(zhì)，而本發(fā)明復(fù)配的稀土氧化物具有一定的脫氧、脫硫能力，能夠去除鋁合金中的氧、硫等有害氣體和雜質(zhì)。使得鋁合金的純凈度進(jìn)一步提高，其內(nèi)部的缺陷和夾雜物減少，液態(tài)合金的連續(xù)性和均勻性得到改善，有助于提高合金的流動(dòng)性。

7、此外，本發(fā)明復(fù)配的稀土氧化物與各個(gè)金屬元素之間具有良好的協(xié)同作用，使得鋁合金的耐磨性、耐高溫性、耐腐蝕性、抗氧化性等性能具有極大的提升。其中氧化鈰對(duì)鉬等元素具有細(xì)化晶粒的作用，當(dāng)加入氧化鈰時(shí)，鉬、鎳、鈷的晶?？娠@著細(xì)化，此時(shí)可以提高其形成合金的耐磨性、耐高溫性、耐腐蝕性等性能。而氧化釔具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，添加氧化釔可以提高鋁合金的耐高溫性能、抗氧化性能和機(jī)械強(qiáng)度等。其主要通過提高鋁合金的抗蠕變性能，細(xì)化金屬元素晶粒，從而有效提升其耐高溫性。而氧化鑭可以細(xì)化金屬元素的晶粒，提高鋁合金的強(qiáng)度和韌性，進(jìn)一步提高鋁合金的耐磨性，抗氧化性并且氧化鑭還可以提高本技術(shù)添加的金屬的再結(jié)晶溫度，抑制晶粒長(zhǎng)大，從而提高鋁合金的耐高溫性能。

8、此外，本技術(shù)中還加入了自制的功能添加劑，本發(fā)明添加的功能添加劑可以與本發(fā)明復(fù)配的稀土氧化物具有細(xì)化晶粒、改善鋁合金流動(dòng)性、提高抗氧化性等的協(xié)同作用。更重要的是，在鋁合金中，碳化鈦?zhàn)鳛橛操|(zhì)彌散相，能夠阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而提高材料的強(qiáng)度，而稀土氧化物可以通過細(xì)化晶粒和改變合金的微觀結(jié)構(gòu)，使碳化鈦在合金中的分布更加均勻。這種均勻分布的碳化鈦能夠更有效地發(fā)揮彌散強(qiáng)化的作用，同時(shí)稀土氧化物也可以在一定程度上增強(qiáng)合金基體的結(jié)合力，進(jìn)一步提高材料的強(qiáng)度。此外，本技術(shù)自制的摻雜有ti3+的碳化鈦更是加強(qiáng)了上述性能。

9、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述功能添加劑的制備方法包括如下所示步驟：

10、將碳化鈦與氧化鋯在溶劑中混合，以2000-3000r/min球磨2-4h，過濾、干燥得到功能添加劑。

11、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述碳化鈦的平均粒徑為50-100nm。

12、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述碳化鈦、氧化鋯和溶劑的質(zhì)量比為1：(9000-12000)：（18000-24000）。

13、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述氧化鋯的粒徑為0.03-0.5mm；

14、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述溶劑為溶解有三氯化鈦的乙醇溶液，所述三氯化鈦的濃度為1-2g/l。

15、由于本身碳化鈦與鋁合金的相容性有待提高，本發(fā)明通過在碳化鈦中引入三價(jià)鈦粒子增強(qiáng)了鋁合金和碳化鈦的相容性，進(jìn)一步增強(qiáng)了鋁合金的流動(dòng)性、力學(xué)性能、耐腐蝕性等。

16、這主要是三價(jià)鈦離子的引入會(huì)在碳化鈦與鋁合金的界面處引發(fā)一些特殊的化學(xué)反應(yīng)。三價(jià)鈦離子具有一定的化學(xué)活性，能夠與鋁合金中的元素，如鋁、鎳等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵合或具有較強(qiáng)結(jié)合力的界面相。這種化學(xué)鍵合可以顯著增強(qiáng)碳化鈦與鋁合金之間的結(jié)合強(qiáng)度，使兩者之間的界面更加穩(wěn)定，減少在受力或高溫等條件下出現(xiàn)界面分離的可能性。同時(shí)，三價(jià)鈦離子的存在可能會(huì)改變界面處的化學(xué)反應(yīng)路徑，抑制一些可能導(dǎo)致界面弱化的有害反應(yīng)的發(fā)生。在沒有三價(jià)鈦離子時(shí)，鋁合金中的某些元素可能會(huì)與碳化鈦表面的雜質(zhì)或氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成一些脆性相或低熔點(diǎn)相，這些相會(huì)降低界面的結(jié)合強(qiáng)度和材料的整體性能。而三價(jià)鈦離子的引入可以優(yōu)先與這些雜質(zhì)或氧化物反應(yīng)，阻止有害反應(yīng)的進(jìn)行，從而提高相容性。此外，三價(jià)鈦離子與碳化鈦都具有細(xì)化合金晶粒的作用。三價(jià)鈦離子可以作為異質(zhì)形核的核心，增加鋁合金凝固時(shí)的形核位點(diǎn)，從而細(xì)化晶粒。碳化鈦本身也能在鋁合金凝固過程中起到類似的異質(zhì)形核作用，兩者共同作用時(shí)，能夠產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使鋁合金的晶粒得到更顯著的細(xì)化。細(xì)化后的晶粒結(jié)構(gòu)可以提高鋁合金的強(qiáng)度、韌性和耐腐蝕性等性能，同時(shí)也有助于改善材料的加工性能和表面質(zhì)量；更多的是，三價(jià)鈦離子的引入可以提高碳化鈦的硬度和強(qiáng)度，使其與鋁合金之間的力學(xué)性能差距減小，從而改善兩者的相容性。并且含有三價(jià)鈦離子的碳化鈦?zhàn)鳛樵鰪?qiáng)相，可以顯著提高鋁合金的整體強(qiáng)度和硬度，同時(shí)保持鋁合金基體的韌性，使材料具有更好的綜合力學(xué)性能。

17、第二方面，本發(fā)明實(shí)施方式提供了一種如上述的高流動(dòng)性耐腐蝕激光熔覆用鋁合金材料的制備方法，包括以下步驟：

18、惰性氣體下，混合純鎳粉、純鉬粉、純鈷粉、純硅粉和純鋁粉，一次球磨得到一次混合物，將一次混合物與氧化鈰、氧化釔、氧化鑭混合均勻，二次球磨得到二次混合物，將二次混合物與功能添加劑混合均勻，三次球磨得到二次混合物激光熔覆用鋁合金材料。

19、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述純鎳粉的平均粒徑為15-100μm。

20、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述純鉬粉的平均粒徑為15-100μm。

21、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述純鈷粉的平均粒徑為15-100μm。

22、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述純硅粉的平均粒徑為15-100μm。

23、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述純鋁粉的平均粒徑為15-100μm。

24、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述氧化鈰的平均粒徑為15-100μm。

25、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述氧化釔的平均粒徑為15-100μm。

26、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述氧化鑭的平均粒徑為15-100μm。

27、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述一次球磨的具體條件為：200-400r/min球磨3-6h。

28、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述二次球磨的具體條件為：200-400r/min球磨2-4h。

29、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述三次球磨的具體條件為：200-400r/min球磨1-2h。

30、第三方面，本發(fā)明實(shí)施方式提供了一種上述的高流動(dòng)性耐腐蝕激光熔覆用鋁合金材料在激光熔覆中的應(yīng)用。

31、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述應(yīng)用中激光熔覆的基體為鋁合金或純鋁。

32、本發(fā)明特別的優(yōu)選用于鋁合金的表面鍍層，由于本發(fā)明復(fù)配的材料中鋁具有高占比，在用于鋁合金為基體時(shí)的激光熔覆材料，其與基體的相容性較好，更易發(fā)揮其性能。

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：

34、1、本發(fā)明在鋁合金中加入的鎳、鉬、鈷、硅等元素可以有效提高鋁合金的力學(xué)性能、改善鋁合金鑄造性能、增強(qiáng)鋁合金耐腐蝕性、提高鋁合金耐熱性。

35、2、本發(fā)明通過復(fù)配了多種金屬元素并添加了稀土氧化物，有效改善了鋁合金的流動(dòng)性、提高了鋁合金的耐磨性、耐高溫性、耐腐蝕性、抗氧化性等性能。

36、3、本發(fā)明添加的功能添加劑可以與本發(fā)明復(fù)配的稀土氧化物具有細(xì)化晶粒、改善鋁合金流動(dòng)性、提高抗氧化性等的協(xié)同作用。更重要的是，在鋁合金中，碳化鈦?zhàn)鳛橛操|(zhì)彌散相，能夠阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而提高材料的強(qiáng)度，而稀土氧化物可以通過細(xì)化晶粒和改變合金的微觀結(jié)構(gòu)，使碳化鈦在合金中的分布更加均勻。

37、4、由于本身碳化鈦與鋁合金的相容性有待提高，本發(fā)明通過在碳化鈦中引入三價(jià)鈦粒子增強(qiáng)了鋁合金和碳化鈦的相容性，進(jìn)一步增強(qiáng)了鋁合金的流動(dòng)性、力學(xué)性能、耐腐蝕性等。