CN113278967B - 高硬度高耐磨性的难熔高熵金属间化合物涂层及其制备方法 - Google Patents

高硬度高耐磨性的难熔高熵金属间化合物涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高硬度高耐磨性的难熔高熵金属间化合物涂层及其制备方法，分子式为FeCoNiAl。按照如下步骤制备：1)粉末配制，选用Fe、Co、Ni和Al金属粉末，按摩尔比1：1：1：1的比例混合均匀；2)粉末球磨，将上述混合粉末置于球磨罐中进行球磨，球磨后的粉末过筛后，放置于真空干燥器中保存备用；3)基材打磨，基材表面进行打磨、清洗干燥；4)激光熔覆涂层制备：采用预制粉末式激光熔覆法在基材表面制备出的FeCoNiAl高熵合金涂层。本发明制备的高硬度高耐磨性难熔的高熵金属间化合物涂层具有硬度高、裂纹敏感性低的特点，耐磨性能优于Ni3Al，可对传统铁基合金起到良好的防护作用。

Description

高硬度高耐磨性的难熔高熵金属间化合物涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高硬度高耐磨性的难熔的高熵金属间化合物涂层及其制备方法，属于金属间化合物涂层技术领域。
背景技术
Ni3Al是一种具有L12型的有序金属间化合物，由于其内部金属键与共价键共存，因此表现出一系列优异的性能，如质量轻、高硬度、高强度、高耐磨性和优良抗氧化性能，被广泛认为是一种极具潜力的高温结构材料。
然而，块体Ni3Al有序合金内部由于Ni-Al共价键的存在，导致脆性较大，加工困难，很难应用于大型工程构件。因此，需要研制一种高硬度高耐磨性的难熔高熵合金涂层。
CN106086529公开了一种纳米Al2O3颗粒增强Co-Ni-Fe-Cu复合涂层，通过添加Al2O3粉末提高其耐磨性，形成的仅仅是Co、Ni、Fe、Cu混合纳米涂层，而非金属间化合物涂层。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的提供了一种高硬度高耐磨性的难熔高熵金属间化合物涂层，第二目的在于提供该涂层的制备方法。具有硬度高、裂纹敏感性低以及耐磨性能优良的特点。
为了实现本发明的上述第一目的，本发明提供了一种高硬度高耐磨性的难熔高熵金属间化合物涂层，其特征在于：分子式为FeCoNiAl。
本发明利用Fe、Co、Ni对Ni3Al有序金属间化合物中的Ni进行置换，将该有序金属间化合物进行多主元高熵化设计，实现高构型熵效应，高熵合金中多主元有序相具有更加优异的强度和塑性配合，韧性好。
本发明的第二目的是这样实现的：一种高硬度高耐磨性难熔的高熵金属间化合物涂层的制备方法，其特征在于，按照如下步骤制备：
1)粉末配制，选用Fe、Co、Ni和Al金属粉末，按摩尔比1：1：1：1的比例混合均匀；
2)粉末球磨，将上述混合粉末置于球磨罐中进行球磨，球磨后的粉末过筛后，放置于真空干燥器中保存备用；
3)基材打磨，基材表面进行打磨、清洗干燥；
4)激光熔覆涂层制备：采用预制粉末式激光熔覆法在基材表面制备出的FeCoNiAl高熵合金涂层。
通过激光熔覆制备的高熵合金涂层具有硬度高、裂纹敏感性低的特点。从图4-图5中可以看出，耐磨性能好，优于Ni3Al，加工容易。
上述方案中：所述步骤1)中Fe、Co、Ni和Al金属粉末的纯度大于等于99.6％，粉末粒度45-105μm。
上述方案中：步骤4)中，熔覆法制备涂层时，用氩气保护。
上述方案中：Ar气的纯度大于99％，气流密度大于等于20L·min-1。
上述方案中：熔覆的激光功率P为2.5-3.5kW，扫描速率v为3-8mm/s，光斑尺寸20×2mm2，搭接率w 35-45％。
上述方案中：涂层的厚度为1.2-2mm。
有益效果，本发明制备的高硬度高耐磨性难熔的高熵金属间化合物涂层具有硬度高、裂纹敏感性低的特点，耐磨性能优于Ni3Al，可对传统铁基合金起到良好的防护作用。
附图说明：
图1为Ni3Al涂层显微组织图。
图2为FeCoNiAl涂层的显微组织。
图3为Ni3Al和FeCoNiAl涂层的平均显微维氏硬度对比图。
图4为Ni3Al和FeCoNiAl涂层的摩擦系数图。
图5为Ni3Al和FeCoNiAl涂层在15min内的磨痕形貌图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种高硬度高耐磨性难熔的高熵金属间化合物涂层，按照如下步骤制备：
1)粉末配制，选用Fe、Co、Ni和Al金属粉末，按摩尔比1：1：1：1的比例混合均匀，Fe、Co、Ni和Al金属粉末的纯度大于等于99.6％，粉末粒度45-105μm。
2)粉末球磨，将上述混合粉末置于不锈钢球磨罐中进行球磨2h，球磨机转速为300rmp/s，球磨后的粉末过200目筛后，放置于真空干燥器中保存备用；
3)基材打磨，选用尺寸为40mm×30mm×10mm的45#钢板作为基材，并在砂轮机和砂纸上去除等熔覆表面氧化皮，之后，利用酒精清洗表面油污，并用吹风机吹干，干燥保存。
4)激光熔覆涂层制备：采用预制粉末式激光熔覆法在基材表面制备出的FeCoNiAl高熵合金涂层。熔覆法制备涂层时，用氩气保护。Ar气的纯度大于99％，气流密度大于等于20L·min-1。熔覆的激光功率P为3kW，扫描速率v为5mm/s，光斑尺寸20×2mm2，搭接率w40％。涂层的厚度为1.5mm。平均显微维氏硬度为490.96HV。
实施例2
一种高硬度高耐磨性难熔的高熵金属间化合物涂层，按照如下步骤制备：
1)粉末配制，选用Fe、Co、Ni和Al金属粉末，按摩尔比1：1：1：1的比例混合均匀，Fe、Co、Ni和Al金属粉末的纯度大于等于99.6％，粉末粒度45-105μm。
2)粉末球磨，将上述混合粉末置于不锈钢球磨罐中进行球磨2h，球磨机转速为300rmp/s，球磨后的粉末过200目筛后，放置于真空干燥器中保存备用；
3)基材打磨，选用尺寸为40mm×30mm×10mm的45#钢板作为基材，并在砂轮机和砂纸上去除等熔覆表面氧化皮，之后，利用酒精清洗表面油污，并用吹风机吹干，干燥保存。
4)激光熔覆涂层制备：采用预制粉末式激光熔覆法在基材表面制备出的FeCoNiAl高熵合金涂层。熔覆法制备涂层时，用氩气保护。Ar气的纯度大于99％，气流密度大于等于20L·min-1。熔覆的激光功率P为2.5kW，扫描速率v为8mm/s，光斑尺寸20×2mm2，搭接率w45％。涂层的厚度为1.2mm。平均显微维氏硬度为492.16HV。
实施例3
一种高硬度高耐磨性难熔的高熵金属间化合物涂层，按照如下步骤制备：
1)粉末配制，选用Fe、Co、Ni和Al金属粉末，按摩尔比1：1：1：1的比例混合均匀，Fe、Co、Ni和Al金属粉末的纯度大于等于99.6％，粉末粒度45-105μm。
2)粉末球磨，将上述混合粉末置于不锈钢球磨罐中进行球磨2h，球磨机转速为300rmp/s，球磨后的粉末过200目筛后，放置于真空干燥器中保存备用；
3)基材打磨，选用尺寸为40mm×30mm×10mm的45#钢板作为基材，并在砂轮机和砂纸上去除等熔覆表面氧化皮，之后，利用酒精清洗表面油污，并用吹风机吹干，干燥保存。
4)激光熔覆涂层制备：采用预制粉末式激光熔覆法在基材表面制备出的FeCoNiAl高熵合金涂层。熔覆法制备涂层时，用氩气保护。Ar气的纯度大于99％，气流密度大于等于20L·min-1。熔覆的激光功率P为3.5kW，扫描速率v为3mm/s，光斑尺寸20×2mm2，搭接率w35％，涂层的厚度为2mm。平均显微维氏硬度为501.2HV。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高硬度高耐磨性难熔的高熵金属间化合物涂层的制备方法，其特征在于，分子式为FeCoNiAl，
按照如下步骤制备：
1)粉末配制，选用Fe、Co、Ni和Al金属粉末，按摩尔比1：1：1：1的比例混合均匀；
2）粉末球磨，将上述混合粉末置于球磨罐中进行球磨，球磨后的粉末过筛后，放置于真空干燥器中保存备用；
3）基材打磨，基材表面进行打磨、清洗干燥；
4）激光熔覆涂层制备：采用预制粉末式激光熔覆法在基材表面制备出的FeCoNiAl高熵合金涂层。
2.根据权利要求1所述高硬度高耐磨性难熔的高熵金属间化合物涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中Fe、Co、Ni和Al金属粉末的纯度大于等于99.6%，粉末粒度45-105 μm。
3.根据权利要求2所述高硬度高耐磨性难熔的高熵金属间化合物涂层的制备方法，其特征在于：步骤4）中，熔覆法制备涂层时，用氩气保护。
4.根据权利要求3所述高硬度高耐磨性难熔的高熵金属间化合物涂层的制备方法，其特征在于：Ar气的纯度大于99 %，气流密度大于等于20 L·min-1。
5.根据权利要求4所述高硬度高耐磨性难熔的高熵金属间化合物涂层的制备方法，其特征在于：熔覆的激光功率P 为2.5-3.5 kW，扫描速率v为3- 8 mm/s，光斑尺寸20 × 2mm2，搭接率w 35-45%。
6.根据权利要求5所述高硬度高耐磨性难熔的高熵金属间化合物涂层的制备方法，其特征在于：涂层的厚度为1.2-2 mm。
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