CN105862035A - 一种高熵合金涂层及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高熵合金涂层及制备方法，其中高熵合金为MoCuNiAlFeTiCr合金，主要通过具有快速加热和快速冷却的激光熔覆技术，将等摩尔比和近等摩尔的各元素经过原料设计、基材和涂层原料前处理，激光熔覆、后处理等，通过合理的合金元素比例设计以及适当的激光熔覆工艺参数，所制备的高熵合金涂层具有冶金结合致密，涂层结构为条形等轴晶和网状枝晶，且多组元固溶体的形成对硬度提升起着重要的作用，高熵MoCuNiAlFeTiCr合金涂层在硬度、耐蚀性、耐磨性等方面体现出良好的综合力学性能，可用于特种设备、机械、模具等行业。

Description

一种高熵合金涂层及制备方法

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，具体涉及一种高熵合金涂层及制备方法。

背景技术

激光熔覆又称激光包覆或激光熔敷，是一种新的表面改性技术，它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的熔覆层，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。

高熵合金一般定义为由五个以上元素组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，通常形成高熵固溶体相的一类合金。据报道，用激光熔覆法制备AlCoCrMoNi高熵合金涂层，可获得比传统合金更高的硬度；用激光熔覆法制备FeCoNiCrAlSi高熵合金涂层，显示良好的耐高温性能；用激光熔覆法在Q235钢表面制备AlFeCoCuCrNi高熵合金涂层，表面显微硬度最高为952HV，是基体钢的 3.5倍，且显示良好的耐蚀性，AlCoCrFeNiTi系高熵合金的抗拉强度最高可超过3000MPa。这些初步的研究成果表明，高熵合金发展潜力巨大，通过合理地调整合金成分及制备工艺，可制备出具有高硬度、高耐磨性、耐高温氧化、耐蚀性的材料，其应用领域十分广泛。

发明内容

一种高熵合金涂层及制备方法，其中高熵合金的组成元素Mo、Cu、Ni、Al、Fe、Ti、Cr的摩尔百分比为1:1:1:1:1:0.8-1.1:0.8-1.2，通过具有快速加热和快速冷却的激光熔覆技术，将等摩尔比和近等摩尔的各元素经过原料设计、基材和涂层原料前处理，激光熔覆、后处理等，通过合理的合金元素比例设计以及适当的激光熔覆工艺参数，制得高熵MoCuNiAlFeTiCr合金。

一种高熵合金涂层及制备方法，主要制备步骤如下：

（1）根据合金涂层性能要求，对高熵合金涂层进行设计，按照比例通过换算成质量比，然后称量合理的各组分涂层基本元素备用；

（2）将上述材料混合后进行在烘箱中以80-200摄氏度的条件下，干燥2-24小时，然后再利用超细球磨机将其磨成粉状，粒度为120目-350目，然后通过烘箱中以50-100摄氏度的条件下，干燥5-10小时，得到纯净干燥的涂层粉末；

（3）对需要进行表面涂层的金属基材进行前处理，主要包括表面打磨以及除污处理，以100-200摄氏度的条件下，干燥1-5小时，处理干净后备用；

（4）将纯净干燥的涂层粉末均匀的铺在处理过的金属基材表面其厚度为800-1200微米，熔覆所用保护气体为氩气，光斑半径为2.5毫米，激光功率为0.8-1.2千瓦，扫描速度为300-500毫米/分，搭接率为35%-55%，进行280-450摄氏度温度条件下预热处理1-3小时，通过激光熔覆设备将基体表面的涂层材料和基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，得到所述表面高熵涂层。

具体实施方式

实施例1

一种高熵合金涂层及制备方法，其中高熵合金的组成元素Mo、Cu、Ni、Al、Fe、Ti、Cr的摩尔百分比为1:1:1:1:1:1:1，通过具有快速加热和快速冷却的激光熔覆技术，将等摩尔比各元素原料和基材前处理，激光熔覆、后处理等，通过合理的合金元素比例设计以及适当的激光熔覆工艺参数，制得高熵MoCuNiAlFeTiCr合金。

一种高熵合金涂层及制备方法，主要制备步骤如下：

（1）根据合金涂层性能要求，对高熵合金涂层进行设计，按照比例通过换算成质量比，然后称量合理的各组分涂层基本元素备用；

（2）将上述材料混合后进行在烘箱中以80摄氏度的条件下，干燥2小时，然后再利用超细球磨机将其磨成粉状，粒度为120目，然后通过烘箱中以50摄氏度的条件下，干燥5小时，得到纯净干燥的涂层粉末；

（3）对需要进行表面涂层的金属基材进行前处理，主要包括表面打磨以及除污处理，以100摄氏度的条件下，干燥1小时，处理干净后备用；

（4）将纯净干燥的涂层粉末均匀的铺在处理过的金属基材表面其厚度为800微米，熔覆所用保护气体为氩气，光斑半径为2.5毫米，激光功率为0.8千瓦，扫描速度为300毫米/分，搭接率为35%，进行280摄氏度温度条件下预热处理1小时，通过激光熔覆设备将基体表面的涂层材料和基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，得到所述表面高熵涂层。

实施例2

一种高熵合金涂层及制备方法，其中高熵合金的组成元素Mo、Cu、Ni、Al、Fe、Ti、Cr的摩尔百分比为1:1:1:1:1:0.8:0.8，通过具有快速加热和快速冷却的激光熔覆技术，将近等摩尔的各元素经过原料预处理、基材和涂层原料前处理，激光熔覆、后处理等，通过合理的合金元素比例设计以及适当的激光熔覆工艺参数，制得高熵MoCuNiAlFeTiCr合金。

一种高熵合金涂层及制备方法，主要制备步骤如下：

（1）根据合金涂层性能要求，对高熵合金涂层进行设计，按照比例通过换算成质量比，然后称量合理的各组分涂层基本元素备用；

（2）将上述材料混合后进行在烘箱中以100摄氏度的条件下，干燥10小时，然后再利用超细球磨机将其磨成粉状，粒度为350目，然后通过烘箱中以100摄氏度的条件下，干燥10小时，得到纯净干燥的涂层粉末；

（3）对需要进行表面涂层的金属基材进行前处理，主要包括表面打磨以及除污处理，以200摄氏度的条件下，干燥5小时，处理干净后备用；

（4）将纯净干燥的涂层粉末均匀的铺在处理过的金属基材表面其厚度为1200微米，熔覆所用保护气体为氩气，光斑半径为2.5毫米，激光功率为1.2千瓦，扫描速度为500毫米/分，搭接率为55%，进行450摄氏度温度条件下预热处理3小时，通过激光熔覆设备将基体表面的涂层材料和基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，得到所述表面高熵涂层。

实施例3

一种高熵合金涂层及制备方法，其中高熵合金的组成元素Mo、Cu、Ni、Al、Fe、Ti、Cr的摩尔百分比为1:1:1:1:1:1.1:1.2，通过具有快速加热和快速冷却的激光熔覆技术，将近等摩尔的各元素经过原料配置、基材和涂层原料前处理，激光熔覆、后处理等，通过合理的合金元素比例设计以及适当的激光熔覆工艺参数，制得高熵MoCuNiAlFeTiCr合金。

一种高熵合金涂层及制备方法，主要制备步骤如下：

（1）根据合金涂层性能要求，对高熵合金涂层进行设计，按照比例通过换算成质量比，然后称量合理的各组分涂层基本元素备用；

（2）将上述材料混合后进行在烘箱中以80摄氏度的条件下，干燥8小时，然后再利用超细球磨机将其磨成粉状，粒度为200目，然后通过烘箱中以80摄氏度的条件下，干燥8小时，得到纯净干燥的涂层粉末；

（3）对需要进行表面涂层的金属基材进行前处理，主要包括表面打磨以及除污处理，以120摄氏度的条件下，干燥1.5小时，处理干净后备用；

（4）将纯净干燥的涂层粉末均匀的铺在处理过的金属基材表面其厚度为880微米，熔覆所用保护气体为氩气，光斑半径为2.5毫米，激光功率为0.8千瓦，扫描速度为300毫米/分，搭接率为45%，进行290摄氏度温度条件下预热处理2小时，通过激光熔覆设备将基体表面的涂层材料和基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，得到所述表面高熵涂层。

Claims (2)

1.一种高熵合金涂层及制备方法，其特征在于，高熵合金的组成元素Mo、Cu、Ni、Al、Fe、Ti、Cr的摩尔百分比为1:1:1:1:1:0.8-1.1:0.8-1.2，通过具有快速加热和快速冷却的激光熔覆技术，将等摩尔比和近等摩尔的各元素经过原料设计、基材和涂层原料前处理，激光熔覆、后处理等，通过合理的合金元素比例设计以及适当的激光熔覆工艺参数，制得高熵MoCuNiAlFeTiCr合金。

2.根据权利要求1所述的一种高熵合金涂层及制备方法，其特征在于，主要制备步骤如下：

（1）根据合金涂层性能要求，对高熵合金涂层进行设计，按照比例通过换算成质量比，然后称量合理的各组分涂层基本元素备用；

（2）将上述材料混合后进行在烘箱中以80-200摄氏度的条件下，干燥2-24小时，然后再利用超细球磨机将其磨成粉状，粒度为120目-350目，然后通过烘箱中以50-100摄氏度的条件下，干燥5-10小时，得到纯净干燥的涂层粉末；

（3）对需要进行表面涂层的金属基材进行前处理，主要包括表面打磨以及除污处理，以100-200摄氏度的条件下，干燥1-5小时，处理干净后备用；

（4）将纯净干燥的涂层粉末均匀的铺在处理过的金属基材表面其厚度为800-1200微米，熔覆所用保护气体为氩气，光斑半径为2.5毫米，激光功率为0.8-1.2千瓦，扫描速度为300-500毫米/分，搭接率为35%-55%，进行280-450摄氏度温度条件下预热处理1-3小时，通过激光熔覆设备将基体表面的涂层材料和基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，得到所述表面高熵涂层。