CN110117788A - 一种CoCrFeMnNi高熵合金熔覆层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种CoCrFeMnNi高熵合金熔覆层的制备方法；采用微束等离子焊机，将CoCrFeMnNi高熵合金粉末经过送粉熔覆或喷焊熔覆在零部件表面，经过冶金反应、冷却凝固、固态相变的变化过程，从而在机械零部件的表面上形成熔覆层。本发明高熵合金熔覆层稀释率在10％以内，显著小于激光熔覆；熔覆层致密、无裂纹和气孔等缺陷，耐腐蚀性能优于304不锈钢板，综合性能良好，提高了恶劣工况下的工件寿命。采用微束等离子弧熔覆工艺制备熔覆层，减少了凝固过程中的缺陷，同时，大大提高了生产效率和降低了成本，适应性强，易于实现工艺化生产。

Description

一种CoCrFeMnNi高熵合金熔覆层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高熵合金熔覆层的制备方法。它是以一种热输入较小、适应性强的微束等离子弧熔覆工艺制备修复层的方法，得到一种稀释率小，致密、无裂纹和气孔等缺陷，具有耐磨、耐腐蚀、抗高温氧化性能的CoCrFeMnNi高熵合金熔覆层。
背景技术
随着航空、航天、电子、通信等技术发展，对材料的性能提出越来越高的要求，一般合金性能在一定程度上已经不能满足人们的要求。高熵合金是近年来出现的新型合金之一，其它由5种或5种以上元素以等摩尔比或近等摩尔比配比，合金的性能由多个组元的共同作用决定，组织主要由单一的体心立方(BCC)、面心立方(FCC)或者密排六方(HCP)固溶体相构成，热稳定性高，具有高的强度、硬度，优良的耐磨性、耐蚀性、耐低温性、抗高温氧化性及耐回火软化等多种优异性能。高熵合金的高熵效应能明显地降低系统的自由能，降低了形成金属间化合物形成的趋势，抑制其他复杂相的形成，从而促进元素间混合形成简单固溶体结构。
目前，高熵合金的研究多数采用真空电弧炉熔炼等方法制备块体材料，制备的块体尺寸受到限制，也容易出现各种缺陷；除此之外，高熵合金中需要大量较贵重的金属，电弧熔炼制备高熵合金致使生产成本较高，难以推广应用。因此，在零部件表面制备合金涂层可以发挥巨大的作用。所以，采用不同工艺开发高熵合金表面涂层技术及其应用具有很大的意义。
目前，高熵合金涂层制备有多种工艺方法。其中，采用激光熔覆制备熔覆层具有一定的局限，设备成本高、效率低，制备的熔覆层稀释率高；磁控溅射和物理气相沉积技术制备的涂层薄，仅作为功能涂层，在工程领域有一定限制，而且效率低，耗材多、设备昂贵、存在缺陷等一系列问题限制了其工业化应用。与其他制备技术相比，微束等离子弧熔覆适应性强，同样可以制备厚度大于1mm的涂层，工艺过程简单、热效率高、设备成本低，涂层与基体冶金结合，连接强度高，稀释率小，涂层组织均匀细小，综合性能良好，更有利用于工程修复再制造领域的应用。但是，目前没有学者采用该工艺制备高熵合金熔覆层。
发明内容
本发明选择众多高熵合金中一种应用广泛的体系-CoCrFeMnNi进行研究分析，后续研究将做更多合金体系分析。CoCrFeMnNi系是一种重要的高熵合金体系，具有简单的面心立方FCC固溶体结构，具有良好的抗高温软化性能、锻造特性以及低温屈服强度等，也可用于较高温度下的工况环境及表面涂层修复等领域，在航空航天和核能工程的高温、重载、高速和冲击等高温领域具有潜在的应用前景。
高熵合金具有良好的抗高温软化性能、锻造特性以及低温屈服强度等，在模具、刀具、发动机涡轮修复涂层及高温炉的耐热材料等领域具有潜在的应用前景。在工程机械零部件表面制备高熵合金涂层也可以发挥高熵合金的优良性能，避免了严重的冶金缺陷，同时提高了生产效率，降低了成本，在实际生产中具有重要的理论意义和应用价值。和其他制备合金熔覆层方法相比，微束等离子熔覆制备的高熵合金熔覆层成型质量好、稀释率低、具有优异的耐磨、耐腐蚀和耐高温氧化性能，同时该工艺适应性强、效率高、成本低等一系列特点。因此，本发明采用新型微束等离子熔覆工艺方法，以CoCrFeMnNi系合金为研究对象，针对其他制备熔覆层工艺方法中存在的稀释率小、冶金缺陷、涂层薄难以在工程领域应用等问题进行优化，后续进行多种合金种类探究，加大高熵合金涂层在工程修复再制造领域的推广。
本发明提供了一种采用新型微束等离子技术制备高熵合金熔覆层的方法。该方法以CoCrFeMnNi高熵合金粉末为原料，在微束等离子弧中经过熔化、冶金结合、冷却凝固、固态相变等一系列变化过程，熔覆在复杂工况机械零部件表面上，形成具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温氧化等性能较好的熔覆层，对零部件表面进行进行修复再制造，降低成本，提高使用寿命。目前，工程零部件的修复，主要为镍基合金，但是该合金涂层制备过程中存在冶金缺陷，制备的往往只具有单方面的优势，如耐磨、耐蚀或者耐高温氧化性能等。而且，修复再制造多采用激光熔覆工艺进行，得到的修复层稀释率高，冶金缺陷严重，设备成本高，场地适应性差。因此，采用微束等离子弧熔覆工艺可以解决上述问题。同时，高熵合金原子比例相近，可以形成固溶体，不存在金属间化合物，CoCrFeMnNi高熵合金具有优异的综合性能，本发明借助该合金粉末体系通过新型微束等离子弧工艺制备熔覆层进行修复再制造。本发明采用新的工艺方法进行工程机械的修复再制造—微束等离子熔覆技术，技术和材料都是一种突破。相对传统的预制粉末，也可以采用喷焊熔覆；而且，制备工艺相对于其他方法适应性强、工艺简单、稀释率小、成本低。即可以通过预制成粉末长条放置在工件表面进行预制熔覆，也可以通过把高熵合金粉末送入微束等离子弧中进行喷焊熔覆。通过上述方法制备的熔覆层稀释率较小、具有较好的高温相稳定性、耐磨、耐腐蚀性能和抗高温氧化等性能，可以有效改善基体表面的组织及性能。恶劣工况条件下服役的机械部件易磨损、腐蚀，在高温下服役的部件容易氧化脱落，最终导致失效，降低使用寿命。本发明制备的熔覆耐磨损性能、耐腐蚀性能及抗高温氧化等综合性能优异，可用于机械零部件的修复再制造，大大提高机械部件的成本，提高经济性。
为实现上述工程机械的磨损、腐蚀及高温氧化下零部件的修复再制造及性能增强目的，本发明提出一种采用新型微束等离子技术制备高熵合金熔覆层的方法，熔覆层采用CoCrFeMnNi合金粉末和PVA粘结剂为原料制备用于熔覆的粉末长条，将该粉末条放置在工件表面进行预制熔覆，或者将CoCrFeMnNi合金粉末送入微束等离子弧中进行喷焊熔覆。经过微束等离子弧焰流高温熔化，熔覆与基体形成冶金结合，冷却凝固形成综合性能优良的再制造修复层。
本发明的技术方案如下：
一种CoCrFeMnNi高熵合金熔覆层的制备方法；采用微束等离子焊机，将CoCrFeMnNi高熵合金粉末经过送粉熔覆或喷焊熔覆在零部件表面，经过冶金反应、冷却凝固、固态相变的变化过程，从而在机械零部件的表面上形成熔覆层。
本发明所述的高熵合金粉末为CoCrFeMnNi。
本发明的一种采用微束等离子技术制备熔覆层的方法，可以通过预制粉末长条在工件表面进行预制熔覆或将粉末送入微束等离子弧中进行喷焊熔覆。
本发明所述的预制熔覆步骤如下：
1)将高熵合金粉末放入坩埚中，设置烘箱烘干温度100～150℃和时间2～4h，进行烘干处理；
2)将烘干的合金粉末与粘结剂按照30g:0.90～1.10ml的比例在研钵中均匀混合，以形成胶状粉末，在模具中压制成条，在烘箱中100～150℃下2～4h烘干后取出；
3)采用角磨机对基板进行除锈和氧化膜，用砂纸将表面打磨光亮，经过超声40～60HZ下5～10min清洗后，采用等离子水、酒精清洗，放置在烘箱中60～80℃下烘干1～2h；
4)用卡具将基板固定，打开熔覆设备，进行设备预热，熔覆电流、电压、熔覆速度、等离子气及保护气(氩气)压力流量设置、喷枪高度调节，最后将喷枪中心及试样进行对中；
5)经过电弧的高温作用，合金粉末熔化、冶金结合、凝固后熔覆在基体上形成合金熔覆层。
所述的熔覆条通过模具成型槽压制完成。
所述的微束等离子熔覆参数为：熔覆电流10-50A，电压10-50V，熔覆速度0.5-10mm·s-1，等离子气输出压力0.2-0.6MPa，等离子气流量8～10L·min-1，保护气输出压力0.2-0.4MPa，保护气流量10-20L·min-1，喷枪距基板距离为2-10mm。
本发明的喷焊熔覆步骤如下：
1)将高熵合金粉末放入烘箱中，设置烘箱烘干温度100～150℃和时间2～4h，进行烘干处理，得到无水分的原始粉末；
2)将工件或基板表面用角磨机清理干净，并用砂纸打磨，经过超声40～60HZ下5～10min清洗后，采用等离子水、酒精清洗，放置在烘箱中60～80℃下烘干1～2h；
3)将烘干的高熵合金粉末送入送粉器中，采用惰性气体(氩气或氮气)送粉，设置送粉气体流量2-10L·min-1和送粉速率5-50g·min-1。
4)将工件或基板放置在卡具上固定，防止变形，并将预制的粉末长条放置在工件基板表面，采用微束等离子熔覆设备，设置熔覆电流、电压、熔覆速度、等离子气、等离子气及保护气(氩气)压力流量设置、喷枪高度调节，将喷枪中心及试样进行对中后，将粉末通过送粉器送入等离子弧中进行喷焊熔覆；
所述的的微束等离子喷焊参数为：熔覆电流10-50A，电压10-50V，熔覆速度0.5-10mm·s-1，等离子气输出压力0.2-0.6MPa，等离子气流量8～10L·min-1，保护气输出压力0.2-0.4MPa，保护气流量10-20L·min-1，喷枪距基板距离为2-10mm，送粉气为氩气或氮气，气体流量2-10L·min-1，送粉速率5-50g·min-1。
本发明也可以采用制备CoCrFeMnNi高熵合金熔覆层的方法，高熵合金粉末换为CoCrFeMnNiTi时，制备CoCrFeMnNiTi高熵合金熔覆层。
本发明高熵合金熔覆层的优点：(1)制备的涂层稀释率在10％以内，显著小于激光熔覆；熔覆层致密、无裂纹和气孔等缺陷，耐腐蚀性能优于304不锈钢板，综合性能良好，提高了恶劣工况下的工件寿命。(2)制备的CoCrFeMnNi高熵合金涂层厚度大于1mm，具有树枝晶结构，由单一的FCC相构成，显微硬度变化小于14％，具有较高的高温稳定性。(3)合金熔覆层在表面形成了致密的Cr2O3氧化膜，900℃下100h氧化增重为1.64mg·cm-1，远小于基体的氧化增益，一定程度上提高了合金熔覆层的抗高温氧化性能。(4)制备熔覆层花费的成本远小于激光熔覆，可以多场合、多工况实施，经济性强。
本发明的效果如下：
1、本发明采用高熵合金粉末为原料，其耐磨损、耐腐蚀及耐高温氧化性能优良、可用表面修复涂层。
2、本发明采用微束等离子弧熔覆工艺制备熔覆层，减少了凝固过程中的缺陷，同时，大大提高了生产效率和降低了成本，适应性强，易于实现工艺化生产。
3、利用微束等离子弧制备熔覆层，热输入小，工件变形微小，在基体上形成修复层，该过程在极短时间内完成，可以有效的抑制晶粒长大，提高熔覆层的力学性能。
4、本发明可以制备出耐腐蚀性能和抗高温氧化性能较好的熔覆层，可用于模具、刀具、发动机涡轮修复涂层、腐蚀性运输罐体及高温炉的耐热材料等领域。
5、本发明采用CoCrFeMnNi系高熵合金粉末为单一的FCC面心立方结构，比传统合金具有更好的高温相稳定性，综合性能优良。
附图说明
图1为本发明预制熔覆制备的熔覆层金相组织形貌图。
图2为本发明喷焊熔覆制备的熔覆层金相组织形貌图。
图3为本发明熔覆层的扫描形貌图，可以看出熔覆层为典型的树枝晶结构。
图4为本发明熔覆层的XRD图谱，熔覆层为单一的FCC相，具有较好的相稳定性。
图5为本发明熔覆层的显微硬度曲线图。
图6为本发明熔覆层的磨损形貌图，磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损。
图7为本发明熔覆层的电化学腐蚀曲线图，熔覆层的耐腐蚀性能比304不锈钢强。
图8为本发明熔覆层900℃下氧化动力学曲线图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明是针对机械零部件修复再制造中，传统合金材料难以满足性能要求；同时，采用高熵合金制造整体修复受到限制，存在冶金缺陷、成本较高等问题，提出一种微束等离子弧制备高熵合金熔覆层的新方法，该方法可以采用预制熔覆工艺以CoCrFeMnNi合金粉末和PVA粘结剂作为原料进行熔覆，也可以采用喷焊熔覆工艺进行熔覆。其中，预制熔覆中合金粉末通过粘结剂的作用，粘结在一起形成一定形状的长条，避免了熔覆过程中气体对粉末的干扰，之后粉末在微束等离子弧下经过熔化、冶金结合、冷却凝固形成熔覆层，粘结剂则在高温下分解，最终形成了机械零部件表面的新型修复涂层。
本发明所提出的采用微束等离子弧制备高熵合金熔覆层技术方案是一种是采用CoCrFeMnNi高熵合金粉末和粘结剂作为熔覆原料，该粉末长条经过微束等离子设备喷嘴处的等离子弧加热熔化及复杂冶金结合，最后熔覆在基体上形成修复层。另一种是采用送粉器送粉，使合金粉末在微束等离子弧中熔化，进而在基体上凝固制备熔覆层。
具体而言，本发明提出的新型微束等离子弧制备高熵合金熔覆层的方法可依次按照如下步骤进行：
1)熔覆粉末准备：将CoCrFeMnNi高熵合金粉末放入烘箱中，设置烘箱烘干温度100～150℃和时间2～4h，将烘干的合金粉末与粘结剂按照30g:0.90～1.10ml的比例在研钵中均匀混合，在模具中压制成条，在烘箱中100～150℃下2～4h烘干后取出；或者将烘干的合金粉末送入送粉器中，选择惰性气氛(氩气或氮气)送粉，设置送粉气体流量2-10L·min-1和送粉速率5-50g·min-1。
2)基板预处理：将实验需要的基板采用角磨机进行除锈和氧化膜，依次用80#、120#、240#、400#、800#、1200#的SiC砂纸打磨干净，经过超声40～60HZ下5～10min清洗后，采用等离子水、酒精清洗，放置在烘箱中60～80℃下烘干1～2h；。
3)熔覆层制备：打开熔覆设备预热，设置熔覆电流、电压、熔覆速度、等离子气及保护气(氩气)压力流量设置、喷枪高度；送惰性粉气(氩气或氮气)，设置气体流量和送粉速率。采用卡具固定基板，然后将粉末长条放置在基板上，通过行走机构调节粉末长条与喷枪中心在一条直线上，或者采用送粉设备送粉方式进行熔覆。合金粉末经过电弧高温熔化、冶金结合、凝固等过程后熔覆在基体上形成合金熔覆层。
实例1：
本实施例为采用10A熔覆电流，进行预制熔覆制备CoCrFeMnNi高熵合金熔覆层；
1)：称取30g制备的CoCrFeMnNi合金粉末放入烘箱中，设置烘干温度100℃和时间4h，得到无水分的原始粉末；
2)：将烘干的高熵合金粉末与PVA粘结剂按照30g:0.90ml的比例在研钵中均匀混合，以形成胶状粉末，然后放入50×4×1.5mm的模具槽中，压制获得粉末条；
3)：将预制好的粉末条放在烘箱中100℃下4h处理，烘干后取出；
4)：将200×100×2mm的工件或基板表面用角磨机清理干净，然后依次用80#、120#、240#、400#、800#、1200#的SiC砂纸打磨干净，经过超声40HZ下10min清洗后，采用等离子水、酒精清洗，放置在烘箱中60℃下烘干2h；
5)：将工件或基板放置在卡具上固定，防止变形，并将预制的粉末长条放置在工件基板表面，打开福尼斯微束等离子弧焊设备，进行设备预热，设置熔覆电流10A，电压10V，熔覆速度0.5mm·s-1，等离子气输出压力0.2MPa，等离子气流量8L·min-1，保护气输出压力0.2MPa，保护气流量10L·min-1，喷枪距基板距离为2mm。最后将喷枪中心及试样进行对中，经过微束等离子熔覆工艺在基体表面形成了成型良好无明显宏观缺陷的熔覆层。
如图1所示为熔覆层的形貌，(a)为熔覆层截面形貌，可以看出稀释率较小；(b)为熔覆层上部组织形貌，(c)为熔覆层中部组织形貌，都是等轴晶；(d)为熔覆层下部组织形貌，为垂直于熔合线的柱状晶；(e)为熔合线形貌，是一条薄的融合层；(f)为熔覆层整体宏观形貌，表面光滑，无明显缺陷。如图3为熔覆层的扫描形貌图，可以看出熔覆层为典型的树枝晶结构。如图4为熔覆层的XRD图谱，熔覆层为单一的FCC相，具有较好的相稳定性。如图5为熔覆层的显微硬度曲线图。如图6为熔覆层的磨损形貌图，磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损。
实例2：
本实施例为采用30A熔覆电流，进行预制熔覆制备CoCrFeMnNi高熵合金熔覆层；
1)：称取30g制备的CoCrFeMnNi合金粉末放入烘箱中，设置烘干温度150℃和时间2h，得到无水分的原始粉末；
2)：将烘干的高熵合金粉末与PVA粘结剂按照30g:1.10ml的比例在研钵中均匀混合，以形成胶状粉末，然后放入60×5×1.5mm的模具槽中，压制获得粉末条；
3)：将预制好的粉末条放在烘箱中150℃下2h处理，烘干后取出；
4)：将200×100×2mm的工件或基板表面用角磨机清理干净，然后依次用80#、120#、240#、400#、800#、1200#的SiC砂纸打磨干净，经过超声60HZ下5min清洗后，采用等离子水、酒精清洗，放置在烘箱中80℃下烘干1h；
5)：将工件或基板放置在卡具上固定，防止变形，并将预制的粉末长条放置在工件基板表面，打开福尼斯微束等离子弧焊设备，进行设备预热，设置熔覆电流30A，电压30V，熔覆速度5mm·s-1，等离子气输出压力0.6MPa，等离子气流量10L·min-1，保护气输出压力0.4MPa，保护气流量20L·min-1，喷枪距基板距离为6mm。最后将喷枪中心及试样进行对中，经过微束等离子熔覆工艺在基体表面形成了成型良好无明显宏观缺陷的熔覆层。
实例3：
本实施例为采用50A熔覆电流，进行预制熔覆制备CoCrFeMnNi高熵合金熔覆层；
1)：称取30g制备的CoCrFeMnNi合金粉末放入烘箱中，设置烘干温度100～150℃和时间2～4h，得到无水分的原始粉末；
2)：将烘干的高熵合金粉末与PVA粘结剂按照30g:1.0ml的比例在研钵中均匀混合，以形成胶状粉末，然后放入50×4×2.0mm的模具槽中，压制获得粉末条；
3)：将预制好的粉末条放在烘箱中120℃下3h处理，烘干后取出；
4)：将200×100×2mm的工件或基板表面用角磨机清理干净，然后依次用80#、120#、240#、400#、800#、1200#的SiC砂纸打磨干净，经过超声50HZ下8min清洗后，采用等离子水、酒精清洗，放置在烘箱中70℃下烘干1.5h；
5)：将工件或基板放置在卡具上固定，防止变形，并将预制的粉末长条放置在工件基板表面，打开福尼斯微束等离子弧焊设备，进行设备预热，设置熔覆电流50A，电压50V，熔覆速度0.5mm·s-1，等离子气输出压力0.4MPa，等离子气流量9L·min-1，保护气输出压力0.3MPa，保护气流量15L·min-1，喷枪距基板距离为10mm。最后将喷枪中心及试样进行对中，经过微束等离子熔覆工艺在基体表面形成了成型良好无明显宏观缺陷的熔覆层。
实例4：
本实施例为采用10A熔覆电流，进行喷焊熔覆制备CoCrFeMnNi高熵合金熔覆层。
1)：称取100g制备的CoCrFeMnNi粉末放入烘箱中，设置烘干温度150℃和时间2h，得到无水分的原始粉末；
2)：将200×100×2mm的工件或基板表面用角磨机清理干净，然后依次用80#、120#、240#、400#、800#、1200#的SiC砂纸打磨干净，经过超声60HZ下5min清洗后，采用等离子水、酒精清洗，放置在烘箱中80℃下烘干1h；
3)：将CoCrFeMnNi高熵合金粉末倒入送粉器中，采用惰性气氛(氩气或氮气)送粉，设置送粉气体流量10L·min-1和送粉速率50g·min-1。
4)：用卡具将基板固定，打开福尼斯微束等离子弧焊设备，进行设备预热，设置熔熔覆电流10A，电压50V，熔覆速度10mm·s-1，等离子气输出压力0.6MPa，等离子气流量10L·min-1，保护气输出压力0.4MPa，保护气流量20L·min-1，喷枪距基板距离为2mm，送粉气为氩气或氮气，气体流量10L·min-1，送粉速率50g·min-1，将喷枪中心及试样进行对中后，将粉末通过送粉器送入等离子弧中进行喷焊熔覆；
5)：经过电弧的高温作用，合金粉末熔化、冶金结合、凝固后熔覆在基体表面形成了成型良好无明显宏观缺陷的熔覆层。
如图2所示，(a)为熔覆层截面形貌，(b)为熔覆层整体宏观形貌。如图7为熔覆层的电化学腐蚀曲线图，熔覆层的耐腐蚀性能比304不锈钢强。如图8为熔覆层900℃下氧化动力学曲线图。
实例5：
本实施例为采用30A熔覆电流，进行喷焊熔覆制备CoCrFeMnNi高熵合金熔覆层。
1)：称取100g制备的CoCrFeMnNi粉末放入烘箱中，设置烘干温度120℃和时间3h，得到无水分的原始粉末；
2)：将200×100×2mm的工件或基板表面用角磨机清理干净，然后依次用80#、120#、240#、400#、800#、1200#的SiC砂纸打磨干净，经过超声50HZ下8min清洗后，采用等离子水、酒精清洗，放置在烘箱中70℃下烘干1.5h；
3)：将CoCrFeMnNi高熵合金粉末倒入送粉器中，采用惰性气氛(氩气或氮气)送粉，设置送粉气体流量6L·min-1和送粉速率30g·min-1。
4)：用卡具将基板固定，打开福尼斯微束等离子弧焊设备，进行设备预热，设置熔熔覆电流30A，电压30V，熔覆速度5mm·s-1，等离子气输出压力0.4MPa，等离子气流量9L·min-1，保护气输出压力0.3MPa，保护气流量15L·min-1，喷枪距基板距离为6mm，送粉气为氩气或氮气，气体流量10L·min-1，送粉速率50g·min-1，将喷枪中心及试样进行对中后，将粉末通过送粉器送入等离子弧中进行喷焊熔覆；
5)：经过电弧的高温作用，合金粉末熔化、冶金结合、凝固后熔覆在基体表面形成了成型良好无明显宏观缺陷的熔覆层。
实例6：
本实施例为采用50A熔覆电流，进行喷焊熔覆制备CoCrFeMnNi高熵合金熔覆层。
1)：称取100g制备的CoCrFeMnNi粉末放入烘箱中，设置烘干温度100℃和时间2h，得到无水分的原始粉末；
2)：将200×100×2mm的工件或基板表面用角磨机清理干净，然后依次用80#、120#、240#、400#、800#、1200#的SiC砂纸打磨干净，经过超声40HZ下10min清洗后，采用等离子水、酒精清洗，放置在烘箱中60℃下烘干1h；
3)：将CoCrFeMnNi高熵合金粉末倒入送粉器中，采用惰性气氛(氩气或氮气)送粉，设置送粉气体流量2L·min-1和送粉速率5g·min-1。
4)：用卡具将基板固定，打开福尼斯微束等离子弧焊设备，进行设备预热，设置熔熔覆电流50A，电压10V，熔覆速度10mm·s-1，等离子气输出压力0.2MPa，等离子气流量8L·min-1，保护气输出压力0.2MPa，保护气流量10L·min-1，喷枪距基板距离为10mm，送粉气为氩气或氮气，气体流量2L·min-1，送粉速率5g·min-1，将喷枪中心及试样进行对中后，将粉末通过送粉器送入等离子弧中进行喷焊熔覆；
5)：经过电弧的高温作用，合金粉末熔化、冶金结合、凝固后熔覆在基体表面形成了成型良好无明显宏观缺陷的熔覆层。
实例7：
本实施例为采用30A熔覆电流，进行预制熔覆制备CoCrFeMnNiTi高熵合金熔覆层。
1)：称取30g制备的CoCrFeMnNiTi合金粉末放入烘箱中，设置烘干温度120℃和时间3h，得到无水分的原始粉末；
2)：将烘干的高熵合金粉末与PVA粘结剂按照30g:1.0ml的比例在研钵中均匀混合，以形成胶状粉末，然后放入50×4×1.5mm的模具槽中，压制获得粉末条；
3)：将预制好的粉末条放在烘箱中120℃下3h处理，烘干后取出；
4)：将200×100×2mm的工件或基板表面用角磨机清理干净，然后依次用80#、120#、240#、400#、800#、1200#的SiC砂纸打磨干净，经过超声50HZ下8min清洗后，采用等离子水、酒精清洗，放置在烘箱中70℃下烘干1.5h；
5)：将工件或基板放置在卡具上固定，防止变形，并将预制的粉末长条放置在工件基板表面，打开福尼斯微束等离子弧焊设备，进行设备预热，设置熔覆电流30A，电压30V，熔覆速度5mm·s-1，等离子气输出压力0.4MPa，等离子气流量9L·min-1，保护气输出压力0.3MPa，保护气流量15L·min-1，喷枪距基板距离为6mm。最后将喷枪中心及试样进行对中，经过微束等离子熔覆工艺在基体表面形成了成型良好无明显宏观缺陷的熔覆层。
实例8：
本实施例为采用50A熔覆电流，进行预制熔覆制备CoCrFeMnNiTi高熵合金熔覆层。
1)：称取30g制备的CoCrFeMnNiTi合金粉末放入烘箱中，设置烘干温度150℃和时间2h，得到无水分的原始粉末；
2)：将烘干的高熵合金粉末与PVA粘结剂按照30g:1.10ml的比例在研钵中均匀混合，以形成胶状粉末，然后放入50×5×1.5mm的模具槽中，压制获得粉末条；
3)：将预制好的粉末条放在烘箱中150℃下2h处理，烘干后取出；
4)：将200×100×2mm的工件或基板表面用角磨机清理干净，然后依次用80#、120#、240#、400#、800#、1200#的SiC砂纸打磨干净，经过超声60HZ下5min清洗后，采用等离子水、酒精清洗，放置在烘箱中80℃下烘干1h；
5)：将工件或基板放置在卡具上固定，防止变形，并将预制的粉末长条放置在工件基板表面，打开福尼斯微束等离子弧焊设备，进行设备预热，设置熔覆电流30A，电压50V，熔覆速度10mm·s-1，等离子气输出压力0.6MPa，等离子气流量10L·min-1，保护气输出压力0.4MPa，保护气流量20L·min-1，喷枪距基板距离为10mm。最后将喷枪中心及试样进行对中，经过微束等离子熔覆工艺在基体表面形成了成型良好无明显宏观缺陷的熔覆层。
实例9：
本实施例为采用10A熔覆电流，进行喷焊熔覆制备CoCrFeMnNiTi高熵合金熔覆层。
1)：称取100g制备的CoCrFeMnNiTi粉末放入烘箱中，设置烘干温度100℃和时间4h，得到无水分的原始粉末；
2)：将200×100×2mm的工件或基板表面用角磨机清理干净，然后依次用80#、120#、240#、400#、800#、1200#的SiC砂纸打磨干净，经过超声40HZ下10min清洗后，采用等离子水、酒精清洗，放置在烘箱中60℃下烘干2h；
3)：将CoCrFeMnNi高熵合金粉末倒入送粉器中，采用惰性气氛(氩气或氮气)送粉，设置送粉气体流量2L·min-1和送粉速率5g·min-1。
4)：用卡具将基板固定，打开福尼斯微束等离子弧焊设备，进行设备预热，设置熔熔覆电流10A，电压30V，熔覆速度0.5mm·s-1，等离子气输出压力0.2MPa，等离子气流量8L·min-1，保护气输出压力0.2MPa，保护气流量10L·min-1，喷枪距基板距离为2mm，送粉气为氩气或氮气，气体流量2L·min-1，送粉速率5g·min-1，将喷枪中心及试样进行对中后，将粉末通过送粉器送入等离子弧中进行喷焊熔覆；
5)：经过电弧的高温作用，合金粉末熔化、冶金结合、凝固后熔覆在基体表面形成了成型良好无明显宏观缺陷的熔覆层。
实例10：
本实施例为采用30A熔覆电流，进行喷焊熔覆制备CoCrFeMnNiTi高熵合金熔覆层。
1)：称取100g制备的CoCrFeMnNiTi粉末放入烘箱中，设置烘干温度150℃和时间2h，得到无水分的原始粉末；
2)：将200×100×2mm的工件或基板表面用角磨机清理干净，然后依次用80#、120#、240#、400#、800#、1200#的SiC砂纸打磨干净，经过超声60HZ下5min清洗后，采用等离子水、酒精清洗，放置在烘箱中80℃下烘干1h；
3)：将CoCrFeMnNi高熵合金粉末倒入送粉器中，采用惰性气氛(氩气或氮气)送粉，设置送粉气体流量10L·min-1和送粉速率50g·min-1。
4)：用卡具将基板固定，打开福尼斯微束等离子弧焊设备，进行设备预热，设置熔熔覆电流30A，电压50V，熔覆速度10mm·s-1，等离子气输出压力0.6MPa，等离子气流量10L·min-1，保护气输出压力0.4MPa，保护气流量20L·min-1，喷枪距基板距离为10mm，送粉气为氩气或氮气，气体流量10L·min-1，送粉速率50g·min-1，将喷枪中心及试样进行对中后，将粉末通过送粉器送入等离子弧中进行喷焊熔覆；
5)：经过电弧的高温作用，合金粉末熔化、冶金结合、凝固后熔覆在基体表面形成了成型良好无明显宏观缺陷的熔覆层。
实例11：
称取不同系列高熵合金合金粉末，采用发明内容中所述工艺参数范围内的具体值，进行上述熔覆实验实例操作，在基板表面形成成型良好无明显宏观缺陷的熔覆层。
本发明还可有其他多种实施例，在不背离发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明制作出各种相应的改变和变形，但这些都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种CoCrFeMnNi高熵合金熔覆层的制备方法；采用微束等离子焊机，将CoCrFeMnNi高熵合金粉末经过送粉熔覆或喷焊熔覆在零部件表面，经过冶金反应、冷却凝固、固态相变的变化过程，从而在机械零部件的表面上形成熔覆层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是通过预制粉末长条在工件表面进行预制熔覆或将粉末送入微束等离子弧中进行喷焊熔覆。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征是所述的预制熔覆步骤如下：
1)将高熵合金粉末放入坩埚中，设置烘箱烘干温度100～150℃和时间2～4h，进行烘干处理；
2)将烘干的合金粉末与粘结剂按照30g:0.90～1.10ml的比例在研钵中均匀混合，以形成胶状粉末，在模具中压制成条，在烘箱中100～150℃下2～4h烘干后取出；
3)采用角磨机对基板进行除锈和氧化膜，用砂纸将表面打磨光亮，经过超声40～60HZ下5～10min清洗后，采用等离子水、酒精清洗，放置在烘箱中60～80℃下烘干1～2h；
4)用卡具将基板固定，打开熔覆设备，进行设备预热，熔覆电流、电压、熔覆速度、等离子气及保护气(氩气)压力流量设置、喷枪高度调节，最后将喷枪中心及试样进行对中；
5)经过电弧的高温作用，合金粉末熔化、冶金结合、凝固后熔覆在基体上形成合金熔覆层。
4.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的微束等离子预制熔覆参数为：熔覆电流10-50A，电压10-50V，熔覆速度0.5-10mm·s-1，等离子气输出压力0.2-0.6MPa，等离子气流量8～10L·min-1，保护气输出压力0.2-0.4MPa，保护气流量10-20L·min-1，喷枪距基板距离为2-10mm。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征是所述的喷焊熔覆步骤如下：
1)将高熵合金粉末放入烘箱中，设置烘箱烘干温度100～150℃和时间2～4h，进行烘干处理，得到无水分的原始粉末；
2)将工件或基板表面用角磨机清理干净，并用砂纸打磨，经过超声40～60HZ下5～10min清洗后，采用等离子水、酒精清洗，放置在烘箱中60～80℃下烘干1～2h；
3)将烘干的高熵合金粉末送入送粉器中，采用惰性气体(氩气或氮气)送粉，设置送粉气体流量2-10L·min-1和送粉速率5-50g·min-1。
4)将工件或基板放置在卡具上固定，防止变形，并将预制的粉末长条放置在工件基板表面，采用微束等离子熔覆设备，设置熔覆电流、电压、熔覆速度、等离子气、等离子气及保护气(氩气)压力流量设置、喷枪高度调节，将喷枪中心及试样进行对中后，将粉末通过送粉器送入等离子弧中进行喷焊熔覆。
6.如权利要求5所述的方法，其特征是所述的的微束等离子喷焊熔覆参数为：熔覆电流10-50A，电压10-50V，熔覆速度0.5-10mm·s-1，等离子气输出压力0.2-0.6MPa，等离子气流量8～10L·min-1，保护气输出压力0.2-0.4MPa，保护气流量10-20L·min-1，喷枪距基板距离为2-10mm，送粉气为氩气或氮气，气体流量2-10L·min-1，送粉速率5-50g·min-1。
7.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的高熵合金粉末为CoCrFeMnNi。
8.采用权利要求1的方法，高熵合金粉末为CoCrFeMnNiTi时，制备CoCrFeMnNiTi高熵合金熔覆层。
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