摘要
铜镍合金具有优异的耐海水腐蚀性能、加工性能与抗生物抗菌特性，在海洋环境中有着广泛的应用,常见于船舶内管道接头、法兰阀门、螺旋桨及推进器轴等。在低耐蚀性工件表面制备铜镍合金涂层可以有效提高工件在海洋环境中的服役时间并拓宽工件的应用工况。作为新型的先进涂层熔覆技术，超高速激光熔覆具有熔覆线速度快、稀释率极低、涂层表面平整度高、显微组织细密、熔覆效率高的特点，在涂层表面改性领域具有广泛的应用前景。然而，超高速激光熔覆铜镍合金涂层的研究课题鲜有发表，因而探究超高速激光熔覆铜镍合金涂层的制备工艺与涂层组织的关系，以及超高速激光熔覆铜镍合金涂层的耐腐蚀性能与腐蚀机理，对于实现超高速激光熔覆铜镍合金涂层在海洋装备领域的应用具有重要意义。 本文采用超高速激光熔覆复合激光重熔技术，首先将机械混合的Cu、Ni粉末作为熔覆粉末，在Q355碳钢表面进行了熔覆，研究了铜镍合金涂层的制备工艺，并结合有限元模型分析了重熔速度对熔池凝固结晶行为的影响，同时对涂层的表面形貌、微观组织及耐蚀性进行了测试。然后，采用合金化的铜镍合金粉末(添加了不同含量的六方氮化硼(h-BN))，在Q355碳钢表面进行了铜镍合金涂层的制备，系统研究了h-BN添加量对涂层组织及其耐腐蚀性能的影响，并采用扫描电镜、电化学等方法测试和分析了涂层钝化膜的物理特性与生长机制，明确了合金涂层表面钝化膜的失效机制。最后，采用模拟深海装置进行了铜镍合金涂层在不同静水压力下的腐蚀试验，研究了静水压力对铜镍合金涂层腐蚀行为的影响机理。课题所得研究结论如下: (1)在重熔过程中随着重熔速度的降低，熔池的热输入增加，涂层中元素分布的均匀性得到改善并且超高速激光熔覆涂层中的微裂纹和气孔得到了抑制。涂层不同区域的显微组织由上到下依次为等轴晶、柱状晶和平面晶，并在柱状晶区和等轴晶区之间观察到从柱状晶到等轴晶的转变行为。在5m/min的低重熔速度下可以获得均匀且致密的单相铜镍合金涂层，此时涂层具有最高的显微硬度(150HV0.2)和最佳的耐腐蚀性。预钝化处理可以进一步提高涂层的耐腐蚀性能。 (2)当h-BN添加量为1wt％时，铜镍合金涂层获得最优的腐蚀电位(-177.0mV)和最低的腐蚀电流密度（63.00nAcm-2)。涂层的Rct值由329.2kΩ/cm2提升至2038.0kΩ/cm2,涂层的耐腐蚀性能提升。铜镍合金涂层表面的钝化膜均表现出了典型的n型半导体特征。在添加h-BN后，涂层表面钝化膜的点缺陷浓度和空位扩散系数相对较小，分别为3.82×1019cm-3和1.8590×10-16cm2s-1,导致钝化膜与涂层界面的氧离子空位扩散速率总体降低。在添加h-BN后，涂层的显微组织改变，导致钝化膜形核与生长过程中的活性位点增多，从而快速形成致密连续的钝化膜，同时钝化膜表面吸附阴离子的能力降低，所以导致涂层耐腐蚀性能提升。 （3）铜镍合金涂层在模拟深海环境下的腐蚀电位与腐蚀电流密度分别为-0.236V和4.83μAcm-2，低于常压下的-00.180V和1.69μAcm-2,涂层的电荷转移电阻为196600Ω高于常压下的电荷转移电阻24970Ω。在模拟深海环境下，长期浸泡后涂层表面的点蚀坑尺寸大于常压下的点蚀尺寸。周期浸泡试验结果表明:在模拟深海环境下，铜镍合金涂层在初始防护阶段的耐深海腐蚀能力低于在常压下的耐腐蚀能力。
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