(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 110578141 A(43)申请公布日 2019.12.17
(21)申请号 201910939495.7(22)申请日 2019.09.30
(71)申请人 辽宁科技大学
地址 114225 辽宁省鞍山市千山中路185号(72)发明人 何志军 徐泽洲
(74)专利代理机构 鞍山顺程商标专利代理事务
所(普通合伙) 21246
代理人 范伟琪(51)Int.Cl.
C23C 24/10(2006.01)C22C 38/02(2006.01)C22C 38/04(2006.01)C22C 38/44(2006.01)
权利要求书1页 说明书3页 附图2页
(54)发明名称
一种激光熔覆技术改善316L不锈钢表面耐蚀性的方法(57)摘要
本发明专利涉及一种激光熔覆技术改善316L不锈钢表面耐蚀性的方法，通过激光熔覆技术将316L不锈钢粉末与稀土氧化物CeO2混合后，在316L不锈钢基体上形成熔覆层，从而提高316L不锈钢表面耐蚀性。与传统电镀相比，本方法所得熔覆层与基体的冶金结合能力更强，不易发生脱落现象。另外稀土氧化物CeO2的加入可以阻碍晶界运动，提高形核率，从而起到细化晶粒的作用，进而可进一步提升熔覆层耐蚀性。该方法操作简单方便，实用性很强。
CN 110578141 ACN 110578141 A
权 利 要 求 书
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1.一种激光熔覆技术改善316L不锈钢表面耐蚀性的方法，其特征在于，应用激光熔覆工艺，将与基体成分相同的粒度为50-120μm的熔覆层不锈钢粉末与稀土氧化物CeO2混合，激光熔覆到316L不锈钢基体表面，熔覆层不锈钢粉末及基体成分/质量分数（%）如下所示：
C0.03%Mn1.3%P0.006%S0.006%Si0.46%Cr16.06%Ni10.01%Mo 2.04%Fe 余量步骤一，以质量百分比计，将97-99%的316L不锈钢粉末于100-150℃干燥1-1.5小时后与1-3%的微米级稀土氧化物CeO2粉末混合，得混合粉末；将混合粉末预铺到用400目、600目、800目以及1200目砂纸依次打磨至光面的去除表面氧化层的316L不锈钢基体表面，预铺层厚度为1-2mm；
步骤二，将HGL-6000型CO2气体型激光器的激光参数设定为激光功率3000W，光斑直径3.5mm以及扫描速度300mm/min；
步骤三，激光枪按上述激光参数运转，在基体上进行扫描，即形成表面无缺陷的熔覆层。
2.一种激光熔覆技术改善316L不锈钢表面耐蚀性的方法，其特征在于，所述步骤一中微米级稀土氧化物CeO2粉末的粒度为50-120μm。
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CN 110578141 A
说 明 书
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一种激光熔覆技术改善316L不锈钢表面耐蚀性的方法
技术领域
[0001]本发明涉及海洋钢板防腐领域，具体为一种通过稀土改性和激光熔覆技术来提高钢材表面耐蚀性的方法。
背景技术
[0002]目前国内船体钢板，管道等所用钢种大部分为不锈钢，因316L不锈钢优异的耐蚀性能使其多用于重要的连接位置，防止船体油气泄露造成重大事故。但由于现如今海洋环境极具恶化，导致316L不锈钢的表面极其容易出现点蚀现象，进而导致管道或重要连接处发生恶性泄漏从而导致事故的发生。由于点蚀现象多发生在不锈钢表面抑或是与海水相接触的表面，故提升不锈钢表面耐蚀性能便可以有效预防泄漏事故的发生。[0003]激光熔覆技术的优势如下：冷速大，可快速凝固，易获得非平衡态组织；涂层稀释率低且稀释率可根据工艺参数进行调整；热影响区域集中，对基体材料的应力影响小；应用范围广，熔覆材料的选择多样且可熔覆形成较厚涂层；可以在规定区域内或小范围内进行熔覆，节省能源；熔覆过程简单易控制，自动化程度高。稀土氧化物在激光熔覆过程中，通常起到细化晶粒、减少熔覆层中的裂纹、孔洞、杂质等作用。发明内容
[0004]本发明的目的在于提供一种激光熔覆技术改善316L不锈钢表面耐蚀性的方法，通过激光熔覆技术将所要熔覆材料进行高能激光辐照，使其与基体材料表面熔化从而实现冶金结合，增强材料的耐磨、耐蚀等特性，以解决技术背景中提出的船体钢板以及管道重要连接处容易发生点蚀从而导致容易造成泄露事故的问题，并且本发明将稀土氧化物CeO2加入熔覆层粉末中，使得材料耐蚀性能进一步提升。[0005]为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
本发明应用激光熔覆工艺，将与基体成分相同的粒度为50-120μm的熔覆层不锈钢粉末与稀土氧化物CeO2混合，激光熔覆到316L不锈钢基体表面，熔覆层不锈钢粉末及基体成分/质量分数（%）如下所示：
C0.03%Mn1.3%P0.006%S0.006%Si0.46%Cr16.06%Ni10.01%Mo 2.04%Fe 余量步骤一，以质量百分比计，将97-99%的316L不锈钢粉末于100-150℃干燥1-1.5小时后
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说 明 书
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与1-3%的微米级稀土氧化物CeO2粉末混合，得混合粉末；将混合粉末预铺到用400目、600目、800目以及1200目砂纸依次打磨至光面的去除表面氧化层的316L不锈钢基体表面，预铺层厚度为1-2mm；
步骤二，将HGL-6000型CO2气体型激光器的激光参数设定为激光功率3000W，光斑直径3.5mm以及扫描速度300mm/min；
步骤三，激光枪按上述激光参数运转，在基体上进行扫描，即形成表面无缺陷的熔覆层。
[0006]所述步骤一中微米级稀土氧化物CeO2粉末的粒度为50-120μm。[0007]与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）由于选取与基体材料相同的熔覆层粉末可保证基体熔覆层形成良好的冶金结合，防止电偶腐蚀的发生，保证有效的提高材料表面的耐蚀性能；2）激光熔覆工艺由于其快速加热快速冷却的特点，在熔覆过程中可使材料晶粒来不及长大便凝固了，起到细化晶粒的效果，即可保证其耐蚀性的提高也可使其硬度等其他方面的性能有相应的优化，原316L不锈钢材料基体平均硬度为166HV，阻抗最大值为25KΩ；3）可在熔覆层粉末中添加稀土氧化物CeO2进一步对熔覆层耐蚀性进行改善。附图说明
[0008]图1为对比例(a)、实施例1(b)、实施例2(c)、实施例3(d)熔覆层上部微观组织形貌对比图；
图2为对比例和实例1-3熔覆层316L不锈钢材料阶梯硬度对比图；
图3为对比例和实例1-3熔覆层316L不锈钢材料Nyquist阻抗曲线对比图。具体实施方式
[0009]下面结合实施例对本发明的制备方法做进一步说明：
对比例：
将100g粒度为100μm的316L不锈钢粉末于150℃干燥1.5小时后，预铺到用400目、600目、800目以及1200目砂纸依次打磨至光面的去除表面氧化层的316L不锈钢基体表面，预铺层厚度为1mm；将HGL-6000型CO2气体型激光器的激光参数设定为激光功率3000W，光斑直径3.5mm以及扫描速度300mm/min；激光枪按上述激光参数运转，在基体上进行扫描，即形成具有表面无缺陷熔覆层的复合材料；采用线切割机对精磨后的复合材料进行纵向切割，保证样品尺寸大概为8mm×10mm×15mm，为之后的检测准备好材料。[0010]采用HVS-1000型显微硬度计对熔覆层硬度进行测试，采用电化学工作站系统对涂层的电化学性能进行测试。测试结果表明：本实施例的平均硬度为180HV，阻抗最大值为112KΩ。
[0011]实施例1：
将99g粒度为100μm的316L不锈钢粉末于150℃干燥1.5小时后与1g粒度为100μm的稀土氧化物CeO2粉末混合，得混合粉末；将混合粉末预铺到用400目、600目、800目以及1200目砂纸依次打磨至光面的去除表面氧化层的316L不锈钢基体表面，预铺层厚度为1mm；将HGL-6000型CO2气体型激光器的激光参数设定为激光功率3000W，光斑直径3.5mm以及扫描速度300mm/min；激光枪按上述激光参数运转，在基体上进行扫描，即形成具有表面无缺陷熔覆
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层的复合材料；采用线切割机对精磨后的复合材料进行纵向切割，保证样品尺寸大概为8mm×10mm×15mm，为之后的检测准备好材料。
[0012]采用HVS-1000型显微硬度计对熔覆层硬度进行测试，采用电化学工作站系统对涂层的电化学性能进行测试。测试结果表明：本实施例的平均硬度为186HV，阻抗为415KΩ。[0013]实施例2：
将98g粒度为100μm的316L不锈钢粉末于150℃干燥1.5小时后与2g粒度为100μm的稀土氧化物CeO2粉末混合，得混合粉末；将混合粉末预铺到用400目、600目、800目以及1200目砂纸依次打磨至光面的去除表面氧化层的316L不锈钢基体表面，预铺层厚度为1mm；将HGL-6000型CO2气体型激光器的激光参数设定为激光功率3000W，光斑直径3.5mm以及扫描速度300mm/min；激光枪按上述激光参数运转，在基体上进行扫描，即形成具有表面无缺陷熔覆层的复合材料；采用线切割机对精磨后的复合材料进行纵向切割，保证样品尺寸大概为8mm×10mm×15mm，为之后的检测准备好材料。
[0014]采用HVS-1000型显微硬度计对熔覆层硬度进行测试，采用电化学工作站系统对涂层的电化学性能进行测试。测试结果表明：添加CeO2后对晶粒有明显的细化效果，CeO2的加入有效的提高了熔覆层的硬度和耐腐蚀性。本实施例的熔覆层硬度为213HV，阻抗为605KΩ，相比基体材料阻抗提升了24.2倍，证明熔覆层形成的保护膜具有更好的硬度和耐蚀性。[0015]实施例3：
将97g粒度为100μm的316L不锈钢粉末于150℃干燥1.5小时后与3g粒度为100μm的稀土氧化物CeO2粉末混合，得混合粉末；将混合粉末预铺到用400目、600目、800目以及1200目砂纸依次打磨至光面的去除表面氧化层的316L不锈钢基体表面，预铺层厚度为1mm；将HGL-6000型CO2气体型激光器的激光参数设定为激光功率3000W，光斑直径3.5mm以及扫描速度300mm/min；激光枪按上述激光参数运转，在基体上进行扫描，即形成具有表面无缺陷熔覆层的复合材料；采用线切割机对精磨后的复合材料进行纵向切割，保证样品尺寸大概为8mm×10mm×15mm，为之后的检测准备好材料。
[0016]采用HVS-1000型显微硬度计对熔覆层硬度进行测试，采用电化学工作站系统对涂层的电化学性能进行测试。测试结果表明：添加CeO2后对晶粒有明显的细化效果，CeO2的加入有效的提高了熔覆层的硬度和耐腐蚀性。本实施例的熔覆层硬度为195HV，阻抗为83KΩ，相比基体材料阻抗提升了3.32倍，证明熔覆层形成的保护膜具有更好的硬度和耐蚀性。同时说明了稀土氧化物添加存在最优含量，加之过量反而会降低熔覆层的耐蚀性。
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说 明 书 附 图
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图2
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