CN105568335A - 一种钢基材表面制备FeNiCoCuCr高熵合金涂层的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种钢基材表面制备FeNiCoCuCr高熵合金涂层的工艺，该工艺包括在基材表面电镀多层金属层、激光熔凝步骤；该工艺制得的涂层各元素原子百分含量介于5％至35％之间，制得的涂层具有致密均匀，高硬度、耐磨耐蚀性好等优点。

Description

一种钢基材表面制备FeNiCoCuCr高熵合金涂层的工艺

【技术领域】

本发明属于表面改性领域，特别涉及一种钢基材表面制备FeNiCoCuCr高熵合金涂层的工艺。

【背景技术】

钢由于具有良好的综合性能而获得广泛的应用。目前改变钢的性能的方法有很多，如添加其他合金元素，热处理，表面处理等。表面处理是利用各种物理的、化学的或机械的方法，使金属获得特殊的成分、组织结构和性能的表面，以提高金属的使用寿命的技术，也称表面改性。表面处理的特点是不必整体改善材料，只需进行表面改性或强化，可以节约材料；可以获得特殊的表面层，如超细晶粒、非晶态、过饱和固溶体，多层结构层等；表面涂层很薄，涂层用料少，为了保证涂层的性能、质量，可以采用贵重稀缺元素而不会显著增加成本；不但可以制造性能优异的零件产品，而且可以用于修复已损坏、失效的零件。表面技术的应用，在提高零部件的使用寿命和可靠性，提高产品质量，增强产品的竞争力，以及节约材料，节约能源，促进高科技技术的发展等方面都有着重要意义。

表面技术按工艺过程特点可分为以下几类：表面化学热处理、电镀及电刷镀、堆焊及热喷涂、高能密度处理、气相沉积等。

高熵合金是无单一主元素的合金，由5至10种合金元素组成，每种元素的含量摩尔百分比在5％至35％之间。它是传统合金以外的新合金领域，在合金设计上有更大的自由度，由于多主元素的高熵效应，其相的种类反而趋向简单的固溶体，而很少形成金属间化合物，而多元素素的扩散迟缓效应，使得固相析出物趋向纳米结构；高熵合金常具有特殊的性质包括高硬度、耐腐蚀、耐高温氧化等。含Cr或Al的高熵合金耐盐酸、硫酸和硝酸的腐蚀，具有高达1100℃的优异抗氧化性能。由于高熵合金的特殊性质，本发明在钢材表面制作FeNiCoCuCr高熵合金涂层。

目前有关高熵合金涂层的制备方法主要有通过高温使高熵合金熔化然后喷涂在基底表面；通过激光熔覆把高熵合金粉末熔覆于基底表面；通过磁控溅射法制备高熵合金涂层，这种方法使用的靶材可以是单一的高熵合金靶或使用多个纯金属靶。中国专利申请201310169092公开了一种激光熔覆制备高熵合金涂层的方法，把高熵合金粉末放在基底表面，通过激光熔覆设备使高熵合金粉末熔化在基底上形成高熵合金涂层。中国专利申请201510198949.1公开了一种Al0.3CrFe1.5MnNi0.5高熵合金所所备的的高熵合金氮化膜涂层，该涂层通过使用Al0.3CrFe1.5MnNi0.5高熵合金作为靶材，通过磁控溅射和氮作反应气氛制作而得。该两个专利都是要先制作了高熵合金粉或高熵合金靶材才能实施。中国专利申请201410497382.3公开了一种制备AlTiCrNiTa高熵合金涂层的工艺，该工艺包括基片预处理、偏压反溅清洗、采用超真空功能磁控溅射设备在基材表面沉积AlTiCrNiTa高熵合金涂层，该方法是使用纯金属元素作为靶材，包括1个纯铝靶、1个纯钛靶、1个纯铬靶、1个纯镍靶、1个纯钽靶。该涂层的制作使用多个溅射靶，工艺控制难度较大。

【发明内容】

为了解决现有技术的上述缺点，本发明提供一种钢基材表面制备FeNiCoCuCr高熵合金涂层的工艺本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种钢基材表面制备FeNiCoCuCr高熵合金涂层的工艺，其特征在于包括以下步骤：

(1)电镀多层金属层

将钢基材表面清洗干净，露出钢基材，在钢基材表面电镀厚1～50微米的铁镀层，再在铁镀层表面镀1～50微米的镍钻复合镀层，再在镍钴复合镀层表面镀1～50微米的铜镀层，再在铜镀层表面电镀1～50微米的铬。

(2)激光熔凝

将激光束加热钢基材表面的电镀层至熔化到钢基材的表面，自冷却使熔层凝固，获得FeNiCoCuCr高熵合金涂层。

所述制得的涂层各元素原子百分含量介于5％至35％之间。

本发明的积极效果是：依各层金属镀层的厚度不同，可制作出不同成分、不同性能的高熵合金涂层。具有制作工艺过程简单，制得的涂层具有致密均匀，高硬度、耐磨耐蚀性好等特点。

【具体实施方式】

实施例1：

一种钢基材表面制备FeNiCoCuCr高熵合金涂层，采用电镀多层金属层+激光熔凝技术制备上述高熵合金涂层，按以下步骤进行：

a)基材预处理，将45钢切割成长50毫米，宽20毫米，厚10毫米的板材；然后在磨床对45钢表面进行磨光，直至裸露出金属光泽；接着对板材进行除油脱脂，用清水清洗干净，再在10％的硫酸水溶液中活化25秒。

b)45钢板材表面电镀多层金属层，将预处理后的45钢板材放入镀铁液中电镀厚5微米的铁镀层；把已镀铁的板材用水清洗干净后浸入10％的硫酸水溶液中活化25秒，再放入镍钴合金镀液中电镀10微米的镍钻复合镀层；把已镀镍钴复合镀层板材用水清洗干净后浸入10％的硫酸水溶液中活化25秒，再放入铜镀液中电镀5微米的铜层；把已镀铜层板材用水清洗干净后浸入10％的硫酸水溶液中活化25杪，再放入铬镀液中电镀5微米的铬层；最后用水把已镀了多层镀层的板材清洗干净，喷淋无水酒精并用冷风吹干，备用。

c)激光熔凝，将已镀了多层镀层的板材在二氧化碳高功率激光器进行熔凝，获得FeNiCoCuCr高熵合金涂层。

d)硬度为585HV。

实施例2：

一种钢基材表面制备FeNiCoCuCr高熵合金涂层，采用电镀多层金属层+激光熔凝技术制备上述高熵合金涂层，按以下步骤进行：

a)基材预处理，将45钢切割成长50毫米，宽20毫米，厚10毫米的板材；然后在磨床对45钢表面进行磨光，直至裸露出金属光泽；接着对板材进行除油脱脂，用清水清洗干净，再在10％的硫酸水溶液中活化25秒。

b)45钢板材表面电镀多层金属层，将预处理后的45钢板材放入镀铁液中电镀厚10微米的铁镀层；把已镀铁的板材用水清洗干净后浸入10％的硫酸水溶液中活化25秒，再放入镍钴合金镀液中电镀25微米的镍钴复合镀层；把已镀镍钴复合镀层板材用水清洗干净后浸入10％的硫酸水溶液中活化25秒，再放入铜镀液中电镀15微米的铜层；把已镀铜层板材用水清洗干净后浸入10％的硫酸水溶液中活化25秒，再放入铬镀液中电镀15微米的铬层；最后用水把已镀了多层镀层的板材清洗干净，喷淋无水酒精并用冷风吹干，备用。

c)激光熔凝，将已镀了多层镀层的板材在二氧化碳高功率激光器进行熔凝，获得FeNiCoCuCr高熵合金涂层。

d)硬度为630HV。

实施例3：

一种钢基材表面制备FeNiCoCuCr高熵合金涂层，采用电镀多层金属层+激光熔凝技术制备上述高熵合金涂层，按以下步骤进行：

a)基材预处理，将45钢切割成长50毫米，宽20毫米，厚10毫米的板材；然后在磨床对45钢表面进行磨光，直至裸露出金属光泽；接着对板材进行除油脱脂，用清水清洗干净，再在10％的硫酸水溶液中活化25秒。

b)45钢板材表面电镀多层金属层，将预处理后的45钢板材放入镀铁液中电镀厚20微米的铁镀层；把已镀铁的板材用水清洗干净后浸入10％的硫酸水溶液中活化25秒，再放入镍钴合金镀液中电镀30微米的镍钴复合镀层；把已镀镍钴复合镀层板材用水清洗干净后浸入10％的硫酸水溶液中活化25秒，再放入铜镀液中电镀20微米的铜层；把已镀铜层板材用水清洗干净后浸入10％的硫酸水溶液中活化25杪，再放入铬镀液中电镀20微米的铬层；最后用水把已镀了多层镀层的板材清洗干净，喷淋无水酒精并用冷风吹干，备用。

c)激光熔凝，将已镀了多层镀层的板材在二氧化碳高功率激光器进行熔凝，获得FeNiCoCuCr高熵合金涂层。

d)硬度为596HV。

实施例4：

一种钢基材表面制备FeNiCoCuCr高熵合金涂层，采用电镀多层金属层+激光熔凝技术制备上述高熵合金涂层，按以下步骤进行：

a)基材预处理，将45钢切割成长50毫米，宽20毫米，厚10毫米的板材；然后在磨床对45钢表面进行磨光，直至裸露出金属光泽；接着对板材进行除油脱脂，用清水清洗干净，再在10％的硫酸水溶液中活化25秒。

b)45钢板材表面电镀多层金属层，将预处理后的45钢板材放入镀铁液中电镀厚30微米的铁镀层；把已镀铁的板材用水清洗干净后浸入10％的硫酸水溶液中活化25秒，再放入镍钴合金镀液中电镀50微米的镍钴复合镀层；把已镀镍钴复合镀层板材用水清洗干净后浸入10％的硫酸水溶液中活化25秒，再放入铜镀液中电镀30微米的铜层；把已镀铜层板材用水清洗干净后浸入10％的硫酸水溶液中活化25秒，再放入铬镀液中电镀30微米的铬层；最后用水把已镀了多层镀层的板材清洗干净，喷淋无水酒精并用冷风吹上，备用。

c)激光熔凝，将已镀了多层镀层的板材在二氧化碳高功率激光器进行熔凝，获得FeNiCoCuCr高熵合金涂层。

d)硬度为738HV。

实施例5：

一种钢基材表面制备FeNiCoCuCr高熵合金涂层，采用电镀多层金属层+激光熔凝技术制备上述高熵合金涂层，按以下步骤进行：

a)基材预处理，将45钢切割成长50毫米，宽20毫米，厚10毫米的板材；然后在磨床对45钢表面进行磨光，直至裸露出金属光泽；接着对板材进行除油脱脂，用清水清洗干净，再在10％的硫酸水溶液中活化25秒。

b)45钢板材表面电镀多层金属层，将预处理后的45钢板材放入镀铁液中电镀厚40微米的铁镀层；把已镀铁的板材用水清洗干净后浸入10％的硫酸水溶液中活化25秒，再放入镍钴合金镀液中电镀50微米的镍钴复合镀层；把已镀镍钴复合镀层板材用水清洗干净后浸入10％的硫酸水溶液中活化25秒，再放入铜镀液中电镀35微米的铜层；把已镀铜层板材用水清洗干净后浸入10％的硫酸水溶液中活化35秒，再放入铬镀液中电镀35微米的铬层；最后用水把已镀了多层镀层的板材清洗干净，喷淋无水酒精并用冷风吹上，备用。

c)激光熔凝，将已镀了多层镀层的板材在二氧化碳高功率激光器进行熔凝，获得FeNiCoCuCr高熵合金涂层。

d)硬度为665HV。

综上所述，本发明公开的FeNiCoCuCr高熵合金涂层制作工艺具有简单，涂层致密均匀，高硬度、耐磨耐蚀性好等特点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，举凡依本发明所作的各种修饰与变化，均为本发明所涵盖。

Claims (2)

1.一种钢基材表面制备FeNiCoCuCr高熵合金涂层的工艺，其特征在于：包括以下步骤：

(1)电镀多层金属层

将钢基材表面清洗干净，露出钢基材，在钢基材表面电镀厚1～50微米的铁镀层，再在铁镀层表面镀1～50微米的镍钴复合镀层，再在镍钴复合镀层表面镀1～50微米的铜镀层，再在铜镀层表面电镀1～50微米的铬。

(2)激光熔凝

将激光束加热钢基材表面的电镀层至熔化到钢基材的表面，自冷却使熔层凝固，获得FeNiCoCuCr高熵合金涂层。

2.根据权利要求1中所述一种钢基材表面制备FeNiCoCuCr高熵合金涂层的工艺，其特征在于：所述制得的涂层各元素原子百分含量介于5％至35％之间。