一種高熵合金涂層及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高熵合金涂層及制備方法，其中高熵合金為MoCuNiAlFeTiCr合金，主要通過具有快速加熱和快速冷卻的激光熔覆技術(shù)，將等摩爾比和近等摩爾的各元素經(jīng)過原料設(shè)計(jì)、基材和涂層原料前處理，激光熔覆、后處理等，通過合理的合金元素比例設(shè)計(jì)以及適當(dāng)?shù)募す馊鄹补に噮?shù)，所制備的高熵合金涂層具有冶金結(jié)合致密，涂層結(jié)構(gòu)為條形等軸晶和網(wǎng)狀枝晶，且多組元固溶體的形成對硬度提升起著重要的作用，高熵MoCuNiAlFeTiCr合金涂層在硬度、耐蝕性、耐磨性等方面體現(xiàn)出良好的綜合力學(xué)性能，可用于特種設(shè)備、機(jī)械、模具等行業(yè)。
【專利說明】
一種高熵合金涂層及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及金屬表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高熵合金涂層及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光熔覆又稱激光包覆或激光熔敷，是一種新的表面改性技術(shù)，它通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結(jié)合的熔覆層，與基體成冶金結(jié)合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達(dá)到表面改性或修復(fù)的目的，既滿足了對材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點(diǎn)，因此激光熔覆技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊。
[0003]高熵合金一般定義為由五個(gè)以上元素組元按照等原子比或接近于等原子比合金化，混合熵高于熔化熵，通常形成高熵固溶體相的一類合金。據(jù)報(bào)道，用激光熔覆法制備Al CoCrMoNi高熵合金涂層，可獲得比傳統(tǒng)合金更高的硬度；用激光熔覆法制備FeC0NiCrAlSi高熵合金涂層，顯示良好的耐高溫性能；用激光熔覆法在Q235鋼表面制備AlFeCoCuCrNi高熵合金涂層，表面顯微硬度最高為952HV，是基體鋼的3.5倍，且顯示良好的耐蝕性，AlCoCrFeNiTi系高熵合金的抗拉強(qiáng)度最高可超過3000MPa。這些初步的研究成果表明，高熵合金發(fā)展?jié)摿薮螅ㄟ^合理地調(diào)整合金成分及制備工藝，可制備出具有高硬度、高耐磨性、耐高溫氧化、耐蝕性的材料，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]一種高熵合金涂層及制備方法，其中高熵合金的組成元素Mo、Cu、N1、Al、Fe、T1、Cr的摩爾百分比為1:1:1:1:1:0.8-1.1:0.8-1.2,通過具有快速加熱和快速冷卻的激光熔覆技術(shù)，將等摩爾比和近等摩爾的各元素經(jīng)過原料設(shè)計(jì)、基材和涂層原料前處理，激光熔覆、后處理等，通過合理的合金元素比例設(shè)計(jì)以及適當(dāng)?shù)募す馊鄹补に噮?shù)，制得高熵MoCuNiAlFeTiCr 合金。
[0005]—種高熵合金涂層及制備方法，主要制備步驟如下:
(1)根據(jù)合金涂層性能要求，對高熵合金涂層進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照比例通過換算成質(zhì)量比，然后稱量合理的各組分涂層基本元素備用；
(2)將上述材料混合后進(jìn)行在烘箱中以80-200攝氏度的條件下，干燥2-24小時(shí)，然后再利用超細(xì)球磨機(jī)將其磨成粉狀，粒度為120目-350目，然后通過烘箱中以50-100攝氏度的條件下，干燥5-10小時(shí)，得到純凈干燥的涂層粉末；
(3)對需要進(jìn)行表面涂層的金屬基材進(jìn)行前處理，主要包括表面打磨以及除污處理，以100-200攝氏度的條件下，干燥1-5小時(shí)，處理干凈后備用；
(4)將純凈干燥的涂層粉末均勻的鋪在處理過的金屬基材表面其厚度為800-1200微米，熔覆所用保護(hù)氣體為氬氣，光斑半徑為2.5毫米，激光功率為0.8-1.2千瓦，掃描速度為300-500毫米/分，搭接率為35%-55%，進(jìn)行280-450攝氏度溫度條件下預(yù)熱處理1-3小時(shí)，通過激光熔覆設(shè)備將基體表面的涂層材料和基體表面薄層同時(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，得到所述表面高熵涂層。
【具體實(shí)施方式】
[0006]實(shí)施例1
一種高熵合金涂層及制備方法，其中高熵合金的組成元素此、(:11、祖^1、？6、11、(>的摩爾百分比為1:1:1:1:1:1:1，通過具有快速加熱和快速冷卻的激光熔覆技術(shù)，將等摩爾比各元素原料和基材前處理，激光熔覆、后處理等，通過合理的合金元素比例設(shè)計(jì)以及適當(dāng)?shù)募す馊鄹补に噮?shù)，制得高熵MoCuNiAlFeTiCr合金。
[0007]—種高熵合金涂層及制備方法，主要制備步驟如下:
(1)根據(jù)合金涂層性能要求，對高熵合金涂層進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照比例通過換算成質(zhì)量比，然后稱量合理的各組分涂層基本元素備用；
(2)將上述材料混合后進(jìn)行在烘箱中以80攝氏度的條件下，干燥2小時(shí)，然后再利用超細(xì)球磨機(jī)將其磨成粉狀，粒度為120目，然后通過烘箱中以50攝氏度的條件下，干燥5小時(shí)，得到純凈干燥的涂層粉末；
(3)對需要進(jìn)行表面涂層的金屬基材進(jìn)行前處理，主要包括表面打磨以及除污處理，以100攝氏度的條件下，干燥I小時(shí)，處理干凈后備用；
(4)將純凈干燥的涂層粉末均勻的鋪在處理過的金屬基材表面其厚度為800微米，熔覆所用保護(hù)氣體為氬氣，光斑半徑為2.5毫米，激光功率為0.8千瓦，掃描速度為300毫米/分，搭接率為35%，進(jìn)行280攝氏度溫度條件下預(yù)熱處理I小時(shí)，通過激光熔覆設(shè)備將基體表面的涂層材料和基體表面薄層同時(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，得到所述表面高熵涂層。
[0008]實(shí)施例2
一種高熵合金涂層及制備方法，其中高熵合金的組成元素此、(:11、祖^1、？6、11、(>的摩爾百分比為1: 1: 1: 1: 1: 0.8:0.8，通過具有快速加熱和快速冷卻的激光熔覆技術(shù)，將近等摩爾的各元素經(jīng)過原料預(yù)處理、基材和涂層原料前處理，激光熔覆、后處理等，通過合理的合金元素比例設(shè)計(jì)以及適當(dāng)?shù)募す馊鄹补に噮?shù)，制得高熵M0CuNiAlFeTiCr合金。
[0009]—種高熵合金涂層及制備方法，主要制備步驟如下:
(1)根據(jù)合金涂層性能要求，對高熵合金涂層進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照比例通過換算成質(zhì)量比，然后稱量合理的各組分涂層基本元素備用；
(2)將上述材料混合后進(jìn)行在烘箱中以100攝氏度的條件下，干燥10小時(shí)，然后再利用超細(xì)球磨機(jī)將其磨成粉狀，粒度為350目，然后通過烘箱中以100攝氏度的條件下，干燥10小時(shí)，得到純凈干燥的涂層粉末；
(3)對需要進(jìn)行表面涂層的金屬基材進(jìn)行前處理，主要包括表面打磨以及除污處理，以200攝氏度的條件下，干燥5小時(shí)，處理干凈后備用；
(4)將純凈干燥的涂層粉末均勻的鋪在處理過的金屬基材表面其厚度為1200微米，熔覆所用保護(hù)氣體為氬氣，光斑半徑為2.5毫米，激光功率為1.2千瓦，掃描速度為500毫米/分，搭接率為55%，進(jìn)行450攝氏度溫度條件下預(yù)熱處理3小時(shí)，通過激光熔覆設(shè)備將基體表面的涂層材料和基體表面薄層同時(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，得到所述表面高熵涂層。
[0010]實(shí)施例3
一種高熵合金涂層及制備方法，其中高熵合金的組成元素此、(:11、祖^1、？6、11、(>的摩爾百分比為1: 1: 1: 1: 1: 1.1: 1.2，通過具有快速加熱和快速冷卻的激光熔覆技術(shù)，將近等摩爾的各元素經(jīng)過原料配置、基材和涂層原料前處理，激光熔覆、后處理等，通過合理的合金元素比例設(shè)計(jì)以及適當(dāng)?shù)募す馊鄹补に噮?shù)，制得高熵M0CuNiAlFeTiCr合金。
[0011 ] 一種高熵合金涂層及制備方法，主要制備步驟如下:
(1)根據(jù)合金涂層性能要求，對高熵合金涂層進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照比例通過換算成質(zhì)量比，然后稱量合理的各組分涂層基本元素備用；
(2)將上述材料混合后進(jìn)行在烘箱中以80攝氏度的條件下，干燥8小時(shí)，然后再利用超細(xì)球磨機(jī)將其磨成粉狀，粒度為200目，然后通過烘箱中以80攝氏度的條件下，干燥8小時(shí)，得到純凈干燥的涂層粉末；
(3)對需要進(jìn)行表面涂層的金屬基材進(jìn)行前處理，主要包括表面打磨以及除污處理，以120攝氏度的條件下，干燥1.5小時(shí)，處理干凈后備用；
(4)將純凈干燥的涂層粉末均勻的鋪在處理過的金屬基材表面其厚度為880微米，熔覆所用保護(hù)氣體為氬氣，光斑半徑為2.5毫米，激光功率為0.8千瓦，掃描速度為300毫米/分，搭接率為45%，進(jìn)行290攝氏度溫度條件下預(yù)熱處理2小時(shí)，通過激光熔覆設(shè)備將基體表面的涂層材料和基體表面薄層同時(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，得到所述表面高熵涂層。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高熵合金涂層及制備方法，其特征在于，高熵合金的組成元素Mo、Cu、N1、Al、Fe、T1、Cr的摩爾百分比為1:1:1:1:1:0.8-1.1:0.8-1.2，通過具有快速加熱和快速冷卻的激光熔覆技術(shù)，將等摩爾比和近等摩爾的各元素經(jīng)過原料設(shè)計(jì)、基材和涂層原料前處理，激光熔覆、后處理等，通過合理的合金元素比例設(shè)計(jì)以及適當(dāng)?shù)募す馊鄹补に噮?shù)，制得高熵MoCuNiAlFeTiCr 合金。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高熵合金涂層及制備方法，其特征在于，主要制備步驟如下: (1)根據(jù)合金涂層性能要求，對高熵合金涂層進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照比例通過換算成質(zhì)量比，然后稱量合理的各組分涂層基本元素備用； (2)將上述材料混合后進(jìn)行在烘箱中以80-200攝氏度的條件下，干燥2-24小時(shí)，然后再利用超細(xì)球磨機(jī)將其磨成粉狀，粒度為120目-350目，然后通過烘箱中以50-100攝氏度的條件下，干燥5-10小時(shí)，得到純凈干燥的涂層粉末； (3)對需要進(jìn)行表面涂層的金屬基材進(jìn)行前處理，主要包括表面打磨以及除污處理，以100-200攝氏度的條件下，干燥1-5小時(shí)，處理干凈后備用； (4)將純凈干燥的涂層粉末均勻的鋪在處理過的金屬基材表面其厚度為800-1200微米，熔覆所用保護(hù)氣體為氬氣，光斑半徑為2.5毫米，激光功率為0.8-1.2千瓦，掃描速度為300-500毫米/分，搭接率為35%-55%，進(jìn)行280-450攝氏度溫度條件下預(yù)熱處理1-3小時(shí)，通過激光熔覆設(shè)備將基體表面的涂層材料和基體表面薄層同時(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，得到所述表面高熵涂層。
【文檔編號】C22C30/02GK105862035SQ201610468933
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月25日
【發(fā)明人】王眈眈
【申請人】蕪湖三刀材料科技有限公司