一种改善激光熔覆铝青铜合金梯度涂层性能的工艺方法
阅读：1037发布：2020-06-20
专利汇可以提供一种改善激光熔覆铝青铜合金梯度涂层性能的工艺方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种改善 激光熔覆 铝 青 铜 合金 梯度涂层性能的工艺方法，合金粉料由九种元素组成，包括Al、Cu、Fe、Ni、Mn、Si、Cr、B和Mo元素，利用上述合金粉料制备铝青 铜合金 梯度涂层方法如下：采用 半导体 激光加工系统同步送粉的方法在奥氏体不锈 钢 表面制备底层、中间过渡层和表层熔覆层，每层厚度为1‑2mm，杂质≤0.1%；将所制备的铝青铜合金梯度涂层材料置于400℃‑700℃气氛保护炉中进行 热处理 ，从而获得具有优异综合性能的铝青铜合金梯度改性涂层。这种新型铝青铜梯度涂层具有高硬度、优异的耐蚀、耐磨、高温抗 氧 化等多种性能，具有较高 力 学性能与高环境抗力，可广泛应用于 冶金 ，电力，海洋运输等领域机械设备维修和再制造，具有显著的经济效益和社会效益。，下面是一种改善激光熔覆铝青铜合金梯度涂层性能的工艺方法专利的具体信息内容。
1.一种改善激光熔覆铝青铜合金梯度涂层性能的工艺方法，其特征在于：合金粉料由九种元素组成，包括Al、Cu、Fe、Ni、Mn、Si、Cr、B和Mo元素，利用上述合金粉料制备铝青铜合金梯度涂层方法如下：
1）基材预处理，利用数控线切割机床将奥氏体不锈钢基体材料加工成所需样品尺寸，基材待激光处理表面用100#和200# SiC金相砂纸打磨，去除氧化层，直至裸露出金属光泽，而后喷砂，并用酒精或丙酮超声波清洗，干燥备用；
2）分别将7%wt的Al和93%wt的Cu两种金属粉料称重；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成底层合金粉料，采用半导体激光加工系统同步送粉的方法在奥氏体不锈钢表面制备底层合金层，其厚度为1-2mm，杂质≤
0.1%；
3）再分别将Al、Cu、Fe、Ni、Mn、Si、Cr、B和Mo九种合金粉料称重，其中Al元素为6-7%wt，Fe和Ni为等质量分数，Fe和Ni元素总量为1-12%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量为0.5-2%wt，余量为Cu；接着在研钵中研磨混合3h以上，然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成中间过渡层合金粉料，采用半导体激光加工系统同步送粉的方法在上述底层熔覆层表面制备中层熔覆层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
4）表层熔覆层制备同上述步骤3），在上述中间过渡上制备表层熔覆层，其厚度为1-
2mm，杂质≤0.1%；
5）将上述所得具有梯度铝青铜合金涂层的不锈钢置于400℃-700℃的气氛保护炉中进行热处理，热处理时间为1h，冷却方式为空冷，制得热处理后的铝青铜合金梯度涂层成品。
2.根据权利要求1所述改善激光熔覆铝青铜合金梯度涂层性能的工艺方法，其特征在于：所述激光输出功率2.5kW，光斑直径3mm，扫描速度为20-30mm/s，大面积激光束扫描搭接率为50%，激光熔覆制备过程保护气Ar流量为10-20L/min。
3.根据权利要求1所述改善激光熔覆铝青铜合金梯度涂层性能的工艺方法，其特征在于：所述合金粉料纯度不低于99.9％，且涂层粉料的粒度为45-100μm。
一种改善激光熔覆铝青铜合金梯度涂层性能的工艺方法
技术领域
背景技术
[0002] 激光表面熔覆又叫激光涂覆，是指在高能密度大于104W/cm2的激光束作用下，将耐磨、耐蚀、抗氧化等具有特殊性能的粉料快速熔化及凝固，从而在基体表面得到无裂纹、无气孔等缺陷的冶金结合合金层。通过激光熔覆制备形成的梯度涂层具有低稀释率、热影响区较小、熔深较浅的特点。基体材料通过激光熔覆表面改性处理后，能够显著的提高基体材料的耐磨性、耐蚀性以及抗高温氧化等性能。激光熔覆技术的应用日益广泛，包括冶金机械、船舶、潜艇、航空等行业。船舶潜艇由于长期在海水环境中运行，海水腐蚀导致其使用寿命缩减。冶金行业中的高温退火炉辊由于长期处于高温环境以及在运行过程中存在摩擦磨损早期失效，从而导致炉辊表面产生各种缺陷，严重的影响着炉辊的使用寿命和输送不锈钢板材产品的质量。
[0003] 因此针对如何提高潜艇、船舶等在海水环境中工作机械的使用寿命，如何提高在高温环境中工作的冶金机械的使用寿命，均是有待解决的技术问题。
发明内容
[0004] 发明目的：
[0005] 本发明采用激光熔覆技术在奥氏体不锈钢表面制备铝青铜合金梯度涂层，并对其进行后续热处理。该梯度涂层与基体材料形成良好的冶金结合，梯度涂层的相结构主要为α-Cu相、AlCu3相、κ（AlFe3和AlNi3）相，具有高硬度、优良的耐蚀性、耐磨性、高温抗氧化等综合性能，能够显著延长机械部件的使用寿命，所制备的新型铝青铜梯度涂层具有较高力学性能与高环境抗力。
[0006] 技术方案：
[0007] 一种改善激光熔覆铝青铜合金梯度涂层性能的工艺方法，其特征在于：合金粉料由九种元素组成，包括Al、Cu、Fe、Ni、Mn、Si、Cr、B和Mo元素，利用上述合金粉料制备铝青铜合金梯度涂层方法如下：
[0008] 1）基材预处理，利用数控线切割机床将奥氏体不锈钢基体材料加工成所需样品尺寸，基材待激光处理表面用100#和200# SiC金相砂纸打磨，去除氧化层，直至裸露出金属光泽，而后喷砂，并用酒精或丙酮超声波清洗，干燥备用；
[0009] 2）分别将7%wt的Al和93%wt的Cu两种金属粉料称重；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成底层合金粉料。采用半导体激光加工系统同步送粉的方法在奥氏体不锈钢表面制备底层合金层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0010] 3）再分别将Al、Cu、Fe、Ni、Mn、Si、Cr、B和Mo九种合金粉料称重，其中Al元素为6-7%wt，Fe和Ni为等质量分数，Fe和Ni元素总量为1-12%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量为0.5-2%wt，余量为Cu；接着在研钵中研磨混合3h以上，然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成中间过渡层合金粉料。采用半导体激光加工系统同步送粉的方法在上述底层熔覆层表面制备中层熔覆层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0011] 4）表层熔覆层制备同上述步骤3），在上述中间过渡上制备表层熔覆层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0012] 5）将上述所得具有梯度铝青铜合金涂层的不锈钢置于400℃-700℃的气氛保护炉中进行热处理，热处理时间为1h，冷却方式为空冷，制得热处理后的铝青铜合金梯度涂层成品。
[0013] 所述激光输出功率2.5kW，光斑直径3mm，扫描速度为20-30mm/s，大面积激光束扫描搭接率为50%，激光熔覆制备过程保护气Ar流量为10-20L/min。
[0014] 所述合金粉料纯度不低于99.9％，且涂层粉料的粒度为45-100μm。
[0015] 优点及效果：
[0016] 本发明的粉料通过激光辐照反应合成技术作用于奥氏体不锈钢表面，并对其进行后续热处理。解决了在耐腐蚀环境中，由于γ2相的存在导致的铝青铜合金耐蚀性下降的弊端，同时由于Fe、Ni、Cr元素的加入提高了铝青铜合金梯度涂层的硬度。通过后续对激光熔覆铝青铜合金梯度涂层进行的适当热处理，消除了在激光多次辐照过程中产生的内应力，使其组织分布趋于合理，促进了铝青铜合金梯度涂层硬度及耐磨性等综合性能的大幅提升。
[0018] 图1为底层成分为Al 7%wt和Cu 93%wt，中间过渡层及表层成分为Al 7%wt，等质量分数的Fe和Ni，Fe和Ni总量为1%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量0.5%wt，余量为Cu，铝青铜合金梯度涂层进行400℃，1h热处理，熔覆层表层显微组织形貌；
[0019] 图2为底层成分为Al 7%wt和Cu 93%wt，中间过渡层及表层成分为Al 7%wt，等质量分数的Fe和Ni，Fe和Ni总量为1%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量0.5%wt，余量为Cu，铝青铜合金梯度涂层进行500℃，1h热处理熔覆层表层显微组织形貌；
[0020] 图3为底层成分为Al 7%wt和Cu 93%wt，中间过渡层及表层成分为Al 7%wt，等质量分数的Fe和Ni，Fe和Ni总量为1%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量0.5%wt，余量为Cu，铝青铜合金梯度涂层进行700℃，1h热处理表层显微组织形貌；
[0021] 图4为底层成分为Al 7%wt和Cu 93%wt，中间过渡层及表层成分为Al 6.44%wt，等质量分数的Fe和Ni，Fe和Ni总量为8%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量1.5%wt，余量为Cu，铝青铜合金梯度涂层进行400℃，1h热处理表层显微组织形貌；
[0022] 图5为底层成分为Al 7%wt和Cu 93%wt，中间过渡层及表层成分为Al 6.44%wt，等质量分数的Fe和Ni，Fe和Ni总量为8%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量1.5%wt，余量为Cu，铝青铜合金梯度涂层进行500℃，1h热处理表层显微组织形貌；
[0023] 图6为底层成分为Al 7%wt和Cu 93%wt，中间过渡层及表层成分为Al 6.44%wt，等质量分数的Fe和Ni，Fe和Ni总量为8%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量1.5%wt，余量为Cu，铝青铜合金梯度涂层进行700℃，1h热处理表层显微组织形貌；
[0024] 图7为底层成分为Al 7%wt和Cu 93%wt，中间过渡层及表层成分为Al 6%wt，等质量分数的Fe和Ni，Fe和Ni总量为12%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量2%wt，余量为Cu，铝青铜合金梯度涂层进行400℃，1h热处理表层显微组织形貌；
[0025] 图8为底层成分为Al 7%wt和Cu 93%wt，中间过渡层及表层成分为Al 6%wt，等质量分数的Fe和Ni，Fe和Ni总量为12%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量2%wt，余量为Cu，铝青铜合金梯度涂层进行500℃，1h热处理表层显微组织形貌；
[0026] 图9为底层成分为Al 7%wt和Cu 93%wt，中间过渡层及表层成分为Al 6%wt，等质量分数的Fe和Ni，Fe和Ni总量为12%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量2%wt，余量为Cu，铝青铜合金梯度涂层进行700℃，1h热处理表层显微组织形貌。
[0027] 具体实施方式：
[0028] 本发明涉及一种在奥氏体不锈钢表面激光熔覆制备铝青铜合金梯度涂层及改善梯度涂层性能的综合热处理工艺方法，按照设计要求，合金粉料成分包括Al、Cu、Fe、Ni、Mn、Si、Cr、B和Mo，合金粉料纯度不低于99.9％，所用合金粉料的粒度为45-100μm。具体步骤如下所示：
[0029] （1）基材预处理，利用数控线切割机床将奥氏体不锈钢基体材料加工成所需样品尺寸，基材待激光处理表面依次经100#和200# SiC金相砂纸打磨，去除氧化层，直至裸露出金属光泽，而后喷砂，并用酒精或丙酮超声波清洗，干燥备用；
[0030] （2）合金粉料的制备，分别将7%wt的Al和93%wt的Cu两种金属粉料称重；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成底层合金粉料，采用半导体激光加工系统进行激光熔覆制备操作，激光输出功率2.5kW，光斑直径3mm，扫描速度为20-30mm/s，大面积激光束扫描搭接率为50%，激光合金化过程保护气Ar流量为10-20L/min，在奥氏体不锈钢表面制备成的厚度为1-2mm铝青铜合金梯度涂层，杂质≤0.1%；所述奥氏体不锈钢可以是304不锈钢，也可以是316或321等奥氏体不锈钢；
[0031] （3）再将Al、Cu、Fe、Ni、Mn、Si、Cr、B、Mo九种合金粉料称重，其中Al元素为6-7%wt，Fe和Ni为等质量分数，Fe和Ni元素总量为1-12%wt，Mn、Si、Cr、B、Mo元素总量为0.5-2%wt，余量为Cu，接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h；制成中层合金粉料。采用半导体激光加工系统同步送粉的方法在上述底层熔覆层表面制备中层熔覆层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0032] （4）表层熔覆层制备同上述步骤（3），在上述中层熔覆层表面制备表层熔覆层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0033] （5）将上述所得具有梯度铝青铜合金涂层的不锈钢置于400℃-700℃的气氛保护炉中进行热处理，保温时间为1h，冷却方式为空冷，制得铝青铜合金梯度涂层成品样件。
[0034] 以下结合实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
[0035] 实施例1
[0036] 底层成分为Al 7%wt和Cu 93%wt，中层及表层成分为Al 7%wt，等质量分数的Fe和Ni，Fe和Ni总量为1%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量0.5%wt，余量为Cu的铝青铜合金梯度涂层，并进行400℃，1h热处理；合金粉料纯度不低于99.9％。涂层合金粉料的粒度为45-100μm。具体步骤如下所示：
[0037] （1）基材预处理，利用数控线切割机床将316不锈钢基体材料加工成所需用的样品尺寸，基材待激光处理表面用100#和200# SiC金相砂纸打磨，去除氧化层，直至裸露出金属光泽，而后喷砂，并用酒精或丙酮超声波清洗，干燥备用；
[0038] （2）合金粉料的制备，分别将7%wt的Al和93%wt的Cu两种金属粉料称重；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成底层合金粉料。采用半导体激光加工系统进行激光熔覆处理，激光输出功率2.5kW，光斑直径3mm，扫描速度为20-30mm/s，大面积激光束扫描搭接率为50%，激光合金化过程保护气Ar流量为10-20L/min，在316不锈钢表面制备成的厚度为1-2mm铝青铜合金梯度涂层，杂质≤
0.1%；
0.1%；
[0039] （3）所用粉料中Al元素含量为7%wt，Fe和Ni为等质量分数，Fe和Ni元素总量为1%wt，Mn、Si、Cr、B、Mo元素总量为0.5%wt，余量为Cu；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成中间过渡层合金粉料。采用半导体激光加工系统同步送粉的方法在上述底层合金层表面制备中间过渡层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0040] （4）表层熔覆层制备同上述步骤（3），在上述中间过渡层上制备表层熔覆层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0041] （5）将上述所得具有梯度铝青铜合金涂层的不锈钢置于400℃的气氛保护炉中进行热处理，保温时间为1h，冷却方式为空冷，制得铝青铜合金梯度涂层成品样件。所得梯度涂层的相结构为α-Cu、β相，平均硬度为250HV0.3，相对耐磨性为4.910。
[0042] 如图1为该梯度涂层表层显微组织形貌，从图中可以看出，其主要由两种组织组成，一种是呈明显的粗大组织的β相，另一种为α-Cu相，可以看出其晶粒较为粗大，这说明热处理对其组织分布产生了较大的影响。由于晶粒尺寸粗大导致其性能较低，并且由于其主要组成相为质软的α-Cu相与β相，通过适当的热处理可有效改善梯度合金涂层的综合性能。
[0043] 实施例2
[0044] 底层成分为Al 7%wt和Cu 93%wt，中间过渡层及表层成分为Al 7%wt，等质量分数的Fe和Ni，Fe和Ni总量为1%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量0.5%wt，余量为Cu。合金粉料纯度不低于99.9％。涂层合金粉料的粒度为45-100μm。铝青铜合金梯度涂层进行500℃，1h热处理。具体步骤如下所示：
[0045] （1）基材预处理，利用数控线切割机床将316不锈钢基体材料加工成所需用的样品尺寸，基材待激光处理表面依次经100#和200#SiC金相砂纸打磨，去除氧化层，直至裸露出金属光泽，而后喷砂，并用酒精或丙酮超声波清洗，干燥备用；
[0046] （2）合金粉料的制备，分别将7%wt的Al和93%wt的Cu两种金属粉料称重；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成底层合金粉料，采用半导体激光加工系统进行激光熔覆制备操作，激光输出功率2.5kW，光斑直径3mm，扫描速度为20-30mm/s，大面积激光束扫描搭接率为50%，激光合金化过程保护气Ar流量为10-20 L/min，在316不锈钢表面制备成的厚度为1-2mm铝青铜合金梯度涂层，杂质≤0.1%；
[0047] （3）所用粉料中Al元素含量为7%wt，Fe和Ni为等质量分数，Fe和Ni元素总量为1%wt，Mn、Si、Cr、B、Mo元素总量为0.5%wt，余量为Cu；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h；制成中间过渡层合金粉料。采用半导体激光加工系统同步送粉的方法在上述底层熔覆层表面制备中间过渡层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0048] （4）表层熔覆层制备同上述步骤（3），在上述中间过渡层上制备表层熔覆层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0049] （5）将上述所得具有梯度铝青铜合金涂层的不锈钢置于500℃气氛保护炉中进行热处理，保温时间为1h，冷却方式为空冷，制得铝青铜合金梯度涂层成品样件。所得梯度涂层的相结构为α-Cu，β相，平均硬度为300HV0.3，相对耐磨性为18.278（相对耐磨性系试验样品与316不锈钢基材磨损失重量的比值）。
[0050] 如图2为该梯度涂层表层显微组织形貌，从图中可以看出，其主要由α-Cu相、κ相以及γ2相组成，并且γ2相主要呈现为针状组织，而α-Cu相为涂层的基体相，κ相为弥散分布的颗粒状组织。与附图1进行对比发现，其组织的晶粒尺寸要远远的小于附图1中的晶粒。γ2相为硬质相，能够提高梯度涂层的硬度及改善其耐磨性，从而获得到综合性能优异的铝青铜合金梯度涂层，通过适当热处理可有效改善梯度涂层的综合性能。
[0051] 实施例3
[0052] 底层成分为Al 7%wt和Cu 93%wt，中层及表层成分为Al 7%wt，等质量分数的Fe和Ni，Fe和Ni总量为1%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量0.5%wt，余量为Cu，合金粉料纯度不低于99.9％，涂层合金粉料的粒度为45-100μm。铝青铜合金梯度涂层进行700℃，1h的热处理。具体步骤如下所示：
[0053] （1）基材预处理，利用数控线切割机床将316不锈钢基体材料加工成所需用的样品尺寸，基材待激光处理表面依次经100#和200# SiC金相砂纸打磨，去除氧化层，直至裸露出金属光泽，而后喷砂，并用酒精或丙酮超声波清洗，干燥备用；
[0054] （2）合金粉料的制备，分别将7%wt的Al和93%wt的Cu两种金属粉料称重；接着在研钵中研磨混合3h以上，然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成底层合金粉料。采用半导体激光加工系统进行激光熔覆制备操作，激光输出功率2.5kW，光斑直径3mm，扫描速度为20-30mm/s，大面积激光束扫描搭接率为50%，激光合金化过程保护气Ar流量为10-20L/min，在316不锈钢表面制备成的厚度为1-2mm铝青铜合金梯度涂层，杂质≤0.1%；
[0055] （3）所用粉料中Al元素含量为7%wt，Fe和Ni为等质量分数，Fe和Ni元素总量为1%wt，Mn、Si、Cr、B、Mo元素总量为0.5%wt，余量为Cu；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成中间过渡层合金粉料。采用半导体激光加工系统同步送粉的方法在上述底层熔覆层表面制备中间过渡层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0056] （4）表层熔覆层制备同上述步骤（3），在上述中间过渡层上制备表层熔覆层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0057] （5）将上述所得具有梯度铝青铜合金涂层的不锈钢置于700℃的气氛保护炉中进行热处理，保温时间为1h，冷却方式为空冷，制得铝青铜合金梯度涂层成品样件。所得梯度涂层的相结构为α-Cu，β相，平均硬度为280HV0.3，相对耐磨性为18.278。
[0058] 如图3为该梯度涂层表层显微组织形貌，从图中可以看出，其主要由α-Cu相和β相组成，α-Cu相为涂层的基体相，而块状组织为β相，与附图2进行对比发现，其组织的晶粒尺寸大于附图2中的晶粒，并且其相组成为两种低硬度软相，因此其显微硬度较低，通过适当热处理可改善梯度涂层的综合性能。
[0059] 实施例4
[0060] 底层成分为Al 7%wt和Cu 93%wt，中间过渡层及表层成分为Al 6.44%wt，等质量分数的Fe和Ni，Fe和Ni总量为8%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量1.2%wt，余量为Cu，合金粉料纯度不低于99.9％，涂层合金粉料的粒度为45-100μm。铝青铜合金梯度涂层进行400℃,1h热处理。具体步骤如下所示：
[0061] （1）基材预处理，利用数控线切割机床将316不锈钢基体材料加工成所需样品尺寸，基材待激光处理表面依次经100#和200# SiC金相砂纸打磨，去除氧化层，直至裸露出金属光泽，而后喷砂，并用酒精或丙酮超声波清洗，干燥备用；
[0062] （2）合金粉料的制备，分别将7%wt的Al和93%wt的Cu两种金属粉料称重；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成底层合金粉料，采用半导体激光加工系统进行激光熔覆制备操作，激光输出功率2.5kW，光斑直径3mm，扫描速度为20-30mm/s，大面积激光束扫描搭接率为50%，激光合金化过程保护气Ar流量为10-20L/min，在316不锈钢表面制备成的厚度为1-2mm铝青铜合金梯度涂层，杂质≤0.1%；
[0063] （3）所用粉料其中Al元素含量为6.44%wt，Fe和Ni为等质量分数，Fe和Ni元素总量为8%wt，Mn、Si、Cr、B、Mo元素总量为1.2%wt，余量为Cu；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成中间过渡层合金粉料。采用半导体激光加工系统同步送粉的方法在上述底层熔覆层表面制备中间过渡层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0064] （4）表层熔覆层制备同上述步骤（3），在上述中层熔覆层表面制备表层熔覆层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0065] （5）将上述所得具有梯度铝青铜合金涂层的不锈钢置于400℃的气氛保护炉中进行热处理，保温时间为1h，冷却方式为空冷，制得铝青铜合金梯度涂层成品样件。所得梯度涂层的相结构为α-Cu，β相以κ相，平均硬度为260HV0.3，相对耐磨性为8.658。
[0066] 如图4为该梯度涂层表层显微组织形貌，从图中可以看出，其主要由α-Cu相、β相以及κ相组成，α-Cu相为涂层的基体相，片层状组织为β相，其中弥散分布的κ相，由于Fe、Ni等元素的加入使得其抑制了γ2相的析出，从而导致形成了β相，合金粉料中Fe、Ni元素的加入形成了弥散分布的κ相，从而强化了梯度合金熔覆层，而后通过适当热处理可有效改善涂层的综合性能。
[0067] 实施例5
[0068] 底层成分为Al 7%wt和Cu 93%wt，中间过渡层及表层成分为Al 6.44%wt，等质量分数的Fe和Ni，Fe和Ni总量为8%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量1.2%wt，余量为Cu，合金粉料纯度不低于99.9％，涂层合金粉料的粒度为45-100μm。铝青铜合金梯度涂层进行500℃热处理；具体步骤如下所示：
[0069] （1）基材预处理，利用数控线切割机床将316不锈钢基体材料加工成所需样品尺寸，基材待激光处理表面依次经用100#和200# SiC金相砂纸打磨，去除氧化层，直至裸露出金属光泽，而后喷砂，并用酒精或丙酮超声波清洗，干燥备用；
[0070] （2）合金粉料的制备，分别将7%wt的Al和93%wt的Cu两种金属粉料称重；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成底层合金粉料，采用半导体激光加工系统进行激光熔覆处理，激光输出功率2.5kW，光斑直径3mm，扫描速度为20-30mm/s，大面积激光束扫描搭接率为50%，激光合金化过程保护气Ar流量为10-20L/min，在316不锈钢表面制备成厚度为1-2mm铝青铜合金梯度涂层，杂质≤0.1%；
[0071] （3）所用粉料中Al元素含量为6.44%wt，Fe和Ni为等质量分数，Fe和Ni元素总量为8%wt，Mn、Si、Cr、B、Mo元素总量为1.2%wt，余量为Cu；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成中间过渡层合金粉料。采用半导体激光加工系统同步送粉的方法在上述底层熔覆层表面制备中层熔覆层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0072] （4）表层熔覆层制备同上述步骤（3），在上述中间过渡层上制备表层熔覆层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0073] （5）将上述所得具有梯度铝青铜合金涂层的不锈钢置于500℃的气氛保护炉中进行热处理，保温时间为1h，冷却方式为空冷，制得铝青铜合金梯度涂层成品样件。所得梯度涂层的相结构为α-Cu，γ2相以及κ相，平均硬度为304HV0.3，相对耐磨性为4.985。
[0074] 如图5为该梯度涂层表层显微组织形貌，从图中可以看出，其主要由α-Cu相、γ相以及κ相组成，α-Cu相为涂层的基体相，而块状组织为γ2相，以及其中弥散分布的细小κ相，由于在500℃时发生了共析转变β相生成了γ2相，由于γ2相的特性使得整个梯度涂层的强度较高，通过适当热处理可有效改善梯度涂层的综合性能。
[0075] 实施例6
[0076] 底层成分为Al 7%wt和Cu 93%wt，中层及表层成分为Al 6.44%wt，等质量分数的Fe和Ni，Fe和Ni总量为8%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量1.2%wt，余量为Cu，合金粉料纯度不低于99.9％，涂层合金粉料的粒度为45-100μm。铝青铜合金梯度涂层进行700℃,1h的热处理。具体步骤如下所示：
[0077] （1）基材预处理，利用数控线切割机床将316不锈钢基体材料加工成所需用的样品尺寸，基材待激光处理表面依次经100#和200#SiC金相砂纸打磨，去除氧化层，直至裸露出金属光泽，而后喷砂，并用酒精或丙酮超声波清洗，干燥备用；
[0078] （2）合金粉料的制备，分别将7%wt的Al和93%wt的Cu两种金属粉料称重；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成底层合金粉料，采用半导体激光加工系统进行激光熔覆处理，激光输出功率2.5kW，光斑直径3mm，扫描速度为20-30mm/s，大面积激光束扫描搭接率为50%，激光合金化过程保护气Ar流量为10-20L/min，在316不锈钢表面制备成的厚度为1-2mm铝青铜合金梯度涂层，杂质≤
0.1%；
0.1%；
[0079] （3）所用粉料中Al元素含量为6.44%wt，Fe和Ni为等质量分数，Fe和Ni元素总量为8%wt，Mn、Si、Cr、B、Mo元素总量为1.2%wt，余量为Cu；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h；制成中间过渡层合金粉料。采用半导体激光加工系统同步送粉的方法在上述底层熔覆层表面制备中间过渡层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0080] （4）表层熔覆层制备同上述步骤（3），在上述中间过渡层上制备表层熔覆层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0081] （5）将上述所得具有梯度铝青铜合金涂层的不锈钢置于700℃的气氛保护炉中进行热处理，保温时间为1h，冷却方式为空冷，获得铝青铜合金梯度涂层成品样件。所得梯度涂层的相结构为α-Cu，β相以及κ相，平均硬度为315HV0.3，相对耐磨性为8.436。硬度高、耐蚀性和耐磨性好。
[0082] 如图6为该梯度涂层表层显微组织形貌，从图中可以看出，其主要由α-Cu相、β相以及κ相组成，α-Cu为基体相，黑色块状组织为β相，以及其中弥散分布细小的κ相，由于Fe、Ni等元素的加入使得其抑制了γ2相的析出，从而形成了β相，合金粉料中Fe、Ni元素的加入形成了弥散分布的κ相，从而强化了合金熔覆层，通过适当热处理可有效改善梯度涂层的综合性能。
[0083] 实施例7
[0084] 底层合金粉料成分为Al 7%wt和Cu 93%wt，中间过渡层及表层成分为Al 6%wt，等质量分数的Fe和Ni，Fe和Ni总量为12%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量2%wt，余量为Cu，合金粉料纯度不低于99.9％。涂层合金粉料的粒度为45-100μm。铝青铜合金梯度涂层进行400℃，1h热处理。具体步骤如下所示：
[0085] （1）基材预处理，利用数控线切割机床将316不锈钢基体材料加工成所需用的样品尺寸，基材待激光处理表面依次经100#和200# SiC金相砂纸打磨，去除氧化层，直至裸露出金属光泽，而后喷砂，并用酒精或丙酮超声波清洗，干燥备用；
[0086] （2）合金粉料的制备，分别将7%wt的Al和93%wt的Cu两种金属粉料称重；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成底层合金粉料，采用半导体激光加工系统进行激光熔覆制备操作，激光输出功率2.5kW，光斑直径3mm，扫描速度为20-30mm/s，大面积激光束扫描搭接率为50%，激光合金化过程保护气Ar流量为10-20L/min，在316不锈钢表面制备成的厚度为1-2mm铝青铜合金梯度涂层，杂质≤0.1%；
[0087] （3）所用粉料中Al元素含量为6%wt，Fe和Ni为等质量分数，Fe和Ni元素总量为12%wt，Mn、Si、Cr、B、Mo元素总量为2%wt，余量为Cu；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h；制成中间过渡层合金粉料。采用半导体激光加工系统同步送粉的方法在上述底层熔覆层表面制备中间过渡层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0088] （4）表层熔覆层制备同上述步骤（3），在上述中间过渡层上制备表层熔覆层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0089] （5）将上述所得具有梯度铝青铜合金涂层的不锈钢置于400℃的气氛保护炉中进行热处理，保温时间为1h，冷却方式为空冷，制得铝青铜合金梯度涂层成品样件。所得梯度涂层的相结构为α-Cu，β相α-Fe，平均硬度为280HV0.3，相对耐磨性为14.304。
[0090] 如图7为该梯度涂层表层显微组织形貌，从图中可以看出，其主要由α-Cu相、β相以及α-Fe相组成，α-Cu为基体相，而颗粒状组织为β相，以及其中弥散分布细小的α-Fe相，这是由于Fe、Ni等元素的过量加入使得Fe在Cu中的溶解度达到了极限，使得其从Cu中析出，形成了α-Fe相，同时Fe的加入抑制了γ2相的析出，稳定了β相，由于形成了α-Fe相为质软相，其硬度较低，通过适当热处理可有效改善梯度涂层的综合性能。
[0091] 实施例8
[0092] 底层成分为Al 7%wt和Cu 93%wt，中层及表层成分为Al 6%wt，等质量分数的Fe和Ni，Fe和Ni总量为12%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量2%wt，余量为Cu，合金粉料纯度不低于99.9％，涂层合金粉料的粒度为45-100μm。铝青铜合金梯度涂层进行500℃，1h的热处理。具体步骤如下所示：
[0093] （1）基材预处理，利用数控线切割机床将316不锈钢基体材料加工成所需用的样品尺寸，基材待激光处理表面依次经100#和200# SiC金相砂纸打磨，去除氧化层，直至裸露出金属光泽，而后喷砂，并用酒精或丙酮超声波清洗，干燥备用；
[0094] （2）合金粉料的制备，分别将7%wt的Al和93%wt的Cu两种金属粉料称重；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成底层合金粉料。采用半导体激光加工系统进行激光熔覆制备操作，激光输出功率2.5kW，光斑直径3mm，扫描速度为20-30mm/s，大面积激光束扫描搭接率为50%，激光合金化过程保护气Ar流量为10-20L/min，在316不锈钢表面制备成的厚度为1-2mm铝青铜合金梯度涂层，杂质≤0.1%；
[0095] （3）所用粉料中Al元素含量为6%wt，Fe和Ni为等质量分数，Fe和Ni元素总量为12%wt，Mn、Si、Cr、B、Mo元素总量为2%wt，余量为Cu；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成中间过渡层合金粉料。采用半导体激光加工系统同步送粉的方法在上述底层熔覆层表面制备中间过渡层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0096] （4）表层熔覆层制备同上述步骤（3），在上述中间过渡层上制备表层熔覆层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0097] （5）将上述所得具有梯度铝青铜合金涂层的不锈钢置于500℃的气氛保护炉中进行热处理，保温时间为1h，冷却方式为空冷，制得铝青铜合金梯度涂层成品样件。所得梯度涂层的相结构为α-Cu，β相以及κ相，平均硬度为380HV0.3，相对耐磨性为29.909。
[0098] 如图8为该梯度涂层表层显微组织形貌，从图中可以看出，其主要由α-Cu相、β相以及κ相组成，α-Cu为基体相，呈小块状组织的β相，以及其中分布在α-Cu相中的圆球状以及花瓣状组织κ相，这是因为热处理温度的升高使得梯度涂层中的Fe与Ni元素的交互作用下，促进了扩散，与基体相中的Al元素结合形成了晶粒较大的κ相，通过适当热处理可有效改善梯度涂层的综合性能。
[0099] 实施例9
[0100] 底层成分为Al 7%wt和Cu 93%wt，中间过渡层及表层成分为Al 6%wt，等质量分数的Fe和Ni，Fe和Ni总量为12%wt，Mn、Si、Cr、B和Mo元素总量2%wt，余量为Cu，合金粉料纯度不低于99.9％，涂层合金粉料的粒度为45-100μm。铝青铜合金梯度涂层进行700℃，1h热处理。具体步骤如下所示：
[0101] （1）基材预处理，利用数控线切割机床将316不锈钢基体材料加工成所需样品尺寸，基材待激光处理表面依次经100#和200# SiC金相砂纸打磨，去除氧化层，直至裸露出金属光泽，而后喷砂，并用酒精或丙酮超声波清洗，干燥备用；
[0102] （2）合金粉料的制备，分别将7%wt的Al和93%wt的Cu两种金属粉料称重；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成底层合金粉料。采用半导体激光加工系统进行激光熔覆制备操作，激光输出功率2.5kW，光斑直径3mm，扫描速度为20-30mm/s，大面积激光束扫描搭接率为50%，激光合金化过程保护气Ar流量为10-20L/min，在316不锈钢表面制备成的厚度为1-2mm铝青铜合金梯度涂层，杂质≤0.1%；
[0103] （3）所用粉料中Al元素含量为6%wt，Fe和Ni为等质量分数，Fe和Ni元素总量为12%wt，Mn、Si、Cr、B、Mo元素总量为2%wt，余量为Cu；接着在研钵中研磨混合3h以上；然后将混合均匀的粉料置于120℃真空干燥箱中干燥2-5h，制成中间过渡层合金粉料。采用半导体激光加工系统同步送粉的方法在上述底层熔覆层表面制备中间过渡层熔覆层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0104] （4）表层熔覆层制备同上述步骤（3），在上述中间过渡层上制备表层熔覆层，其厚度为1-2mm，杂质≤0.1%；
[0105] （5）将上述所得具有梯度铝青铜合金涂层的不锈钢置于700℃的气氛保护炉中进行热处理，保温时间为1h，冷却方式为空冷制得铝青铜合金梯度涂层成品样件。所得梯度涂层的相结构为α-Cu，β相以及α-Fe相，平均硬度为315HV0.3，相对耐磨性为4.634。
[0106] 如图9为该梯度涂层表层显微组织形貌，从图中可以看出，其主要由α-Cu相、β相以及α-Fe相组成，α-Cu为基体相，分布在α-Cu相间的片层状β相，以及呈块状呈现的α-Fe相，三种组织共同构成了整个梯度涂层。可以看出，涂层在700℃，1h热处理后其组织有所粗化。
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