CN113774311A - 一种熵梯度合金涂层及其制备方法 - Google Patents

一种熵梯度合金涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种熵梯度合金涂层及其制备方法，包含如下步骤：分别制备FeCoCrNi混合粉末和CoCrNi混合粉末，其中，CoCrNi混合粉末中，各元素的摩尔比为Co∶Cr∶Ni＝(22‑26)∶(22‑26)∶(22‑26)，FeCoCrNi混合粉末中，各元素的摩尔比为Fe∶Co∶Cr∶Ni＝(22‑26)∶(22‑26)∶(22‑26)∶(22‑26)；在钢基体表面高温喷涂所述的CoCrNi混合粉末，基体表面部分熔化，与CoCrNi共同形成若干层沉积的FexCoCrNi中熵合金过渡层；喷涂过程中，每沉积一层，测定该层截面中Fe的含量，直到该层的截面中Fe占合金的摩尔比在22‑26％之间即停止喷涂；在FexCoCrNi中熵合金过渡层上同时喷涂FeCoCrNi混合粉末和Mo粉，以沉积形成高熵合金表面涂层，喷涂过程中，逐渐提高Mo粉的送粉率，最终在表面涂层的最外侧形成沉积的FeCoCrNiMoy。本发明通过设置熵梯度，极大增强了涂层系统的稳定性，机械性能和力学性能，增加涂层的使用寿命。

Description

一种熵梯度合金涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及表面工程领域，具体涉及一种熵梯度合金涂层及其制备方法。
背景技术
合金基体大量运用于交通运输业，工厂，大型机械设备中。随着社会经济的迅速发展，合金基体的使用频率与日俱增。有时合金基体的工作环境会存在较大的腐蚀风险，同时由于高频率使用过程中与外界产生的摩擦导致机械设备受到更大的磨损风险。目前关于合金硬质涂层的研究大多集中于提升单一性能上，通过调整合金涂层组分比例获取不同性能的同体系涂层有很大的研究空间，相较于更换工艺成熟的机械用材，寻求耐腐蚀，耐磨损，机械性能更优秀的表面涂层来增强机械设备的耐腐蚀耐磨性能，机械性能从而增加使用寿命是一个可行的方案。
高熵合金是一种由五种或五种以上主要元素等比例或近似等比例组成的多组分合金。同时具有高熵，大晶格畸变、缓慢扩散和“鸡尾酒效应”等特点。这些独特的特性会带来比传统合金更优异的力学性能，如，强度和硬度更高，耐腐蚀性能、耐磨损性能更好。
FeCoCrNiMo是一类具有优异耐磨损性能的高熵合金。Mo会使合金的微观组织更加细化，均匀，同时还会提高合金的硬度和摩擦磨损性能。大气等离子喷涂方法为FeCoCrNiMo高熵合金涂层的制备提供了一种快捷有效的途径。但是目前，使用大气等离子喷涂技术沉积高熵合金过程中的问题主要包含：1)由于喷涂过程的高温导致基体元素对涂层产生稀释，影响涂层的组分；2)基体与涂层存在较大的热膨胀差异，这有可能会导致涂层开裂。
发明内容
本发明的目的是基于等离子喷涂技术，利用基材Fe元素对涂层的稀释特征，制备FexCoCrNi中熵合金过渡层；之后，在过渡层表面制备FeCoCrNiMoy高熵合金表面涂层，提高基体的耐腐蚀性能和耐磨损性能。
为了达到上述目的，本发明提供了一种熵梯度合金涂层的制备方法，用于钢材表面处理，包含如下步骤：
S1，分别制备FeCoCrNi混合粉末和CoCrNi混合粉末，其中，所述的CoCrNi混合粉末中，各元素的摩尔比为Co∶Cr∶Ni＝(22-26)∶(22-26)∶(22-26)，所述的FeCoCrNi混合粉末中，各元素的摩尔比为Fe∶Co∶Cr∶Ni＝(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(22-26)；
S2，运用等离子喷涂设备在钢基体表面高温喷涂所述的CoCrNi混合粉末，基体表面部分熔化，与CoCrNi共同形成若干层沉积的FexCoCrNi中熵合金过渡层，其中x为过渡层Fe与FexCoCrNi中任意一种其他金属元素的摩尔比，x≥0.9；喷涂过程中，将整个基体表面不重复地喷涂一次，记为沉积一层；每沉积一层，测定该层截面中Fe的含量，直到该层的截面中Fe占合金的摩尔比在22-26％之间即停止喷涂；
S3，运用等离子喷涂设备在所述的FexCoCrNi中熵合金过渡层上同时喷涂所述的FeCoCrNi混合粉末和Mo粉，以沉积形成高熵合金表面涂层，喷涂过程中，逐渐提高Mo粉的送粉率，最终在表面涂层的最外侧形成沉积的FeCoCrNiMoy，其中y为表面涂层的最外侧Mo与FeCoCrNiMoy中其他任意一种金属元素的摩尔比，y＝0.15～0.25。
较佳地，在步骤S3中，FeCoCrNi混合粉末与Mo粉的送粉率的摩尔比初始为Fe∶Co∶Cr∶Ni∶Mo＝(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(1-2)，沉积两层后提高Mo粉的送粉率，使所述的FeCoCrNi混合粉末与Mo粉的送粉率摩尔比为Fe∶Co∶Cr∶Ni∶Mo＝(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(2-4)；沉积两层后再次提高Mo粉的送粉率，使所述的FeCoCrNi混合粉末的送粉率与Mo粉的送粉率摩尔比为Fe∶Co∶Cr∶Ni∶Mo＝(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(3-6)。
较佳地，步骤S1包含：
S1.1，使用Fe、Co、Cr、Ni粉，通过混合球磨，分别制备CoCrNi混合粉末与FeCoCrNi混合粉末；
S1.2，然后将S1.1中球磨后的CoCrNi混合粉末和FeCoCrNi混合粉末进行干燥。
较佳地，所述的球磨以工业无水酒精为研磨介质，质量比为不锈钢球∶混合粉末＝(5-10)∶1，不锈钢球∶工业无水酒精＝(10-20)∶1。
较佳地，所述的干燥在80-120℃下进行。
较佳地，在步骤S2之前，对钢基体表面进行喷砂处理后清洗。
较佳地，在步骤S3和步骤S4中，所述的等离子喷涂设备的运行参数为：主气Ar的压力为35-45MPa，辅气H2的压力为35-45MPa，载气Ar的压力为3-5MPa，喷涂电流为300-600A，CoCrNi或FeCoCrNi的送粉率为6-9rad/min，喷涂距离为90-110mm。
本发明还公开了一种使用上述方法制备的熵梯度合金涂层，包含钢基体、FexCoCrNi中熵合金过渡层、FeCoCrNiMoy表面涂层；其中基体→过渡层→表面涂层形成低熵→中熵→高熵的熵梯度系统，过渡层形成Fe含量梯度系统，表面涂层形成Mo含量梯度系统。
本发明包含以下有益效果：
(1)系统中存在多个梯度系统：FexCoCrNi过渡层中的Fe含量梯度系统，FeCoCrNiMoy表面涂层中的Mo含量梯度和熵梯度三个梯度系统，极大增强了涂层系统的稳定性，机械性能和力学性能，增加涂层的使用寿命。
(2)使用基体中的Fe元素代替现有技术中过渡层原料粉末中的Fe，缓解了喷涂过程的高温稀释基体后使得涂层中Fe元素含量过高的问题。同时，增加了基体与过渡层的结合力，性能稳定性，缓解了表面涂层与基体的热膨胀差异。
(3)可通过调整Mo元素摩尔占比，制备符合不同性能需求的FeCoCrNiMoy表面涂层。
(4)工艺简单，大气等离子喷涂制备涂层工艺成熟。
(5)性价比高，球磨工艺的成本低。
(6)成品应用广泛，适用于多种不同的工作领域。
附图说明
图1为本发明的熵梯度涂层系统的示意图；
图2为SEM测得的沉积一层过渡层时涂层的表面形貌图；
图3为图2显示的过渡层区域的元素映射图；
图4为SEM测得的表面涂层的形貌图；
图5为图4显示的表面涂层区域的元素映射图；
图6为SEM测得的在Q235钢基体上直接沉积FeCoCrNiMo涂层的截面形貌图；
图7为SEM测得的在Q235钢基体沉积FeCoCrNi过渡层后再沉积FeCoCrNiMo涂层的截面形貌图；
图8为表面涂层的XRD图谱。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明选用纯度99.9％的Fe粉，Co粉，Cr粉，Ni粉，Mo粉为主要试验原料，混合后通过大气等离子喷涂制备FexCoCrNi过渡层和FeCoCrNiMoy表面涂层。如图1所示，它由钢基体1，CoCrNi混合粉末配合基体稀释得到的Fe制备的中熵合金过渡层2和FeCoCrNi混合粉末配合纯Mo粉末制备的梯度表面涂层3组成。
该方法具体步骤见实施例。
实施例
选择基体材料为Q235钢，涂层材料分别是CoCrNi混合粉末、FeCoCrNi混合粉末和Mo粉。作为原料的Fe粉，Co粉，Cr粉，Ni粉，Mo粉均为纯度99.9％的金属粉末。所述的金属粉末粒径为45-60μm，若粉末粒径过大，则在后续的等离子喷涂过程中，会减缓等离子焰流对粉末的加热速度；粉末粒径过小，会使粉末在焰流中的飞行速度过快，当粉末还未达到熔化温度时就已飞行到沉积表面。过大或者过小的粉末粒径都会降低粉末熔化效果，使粉末以未完全熔融态沉积在涂层上。
S1，制备FeCoCrNi混合粉末和CoCrNi混合粉末并分别进行预处理；
S1.1，制备FeCoCrNi混合粉末和CoCrNi混合粉末；
制备FeCoCrNi混合粉末的方法包含以下步骤：首先对Fe、Co、Cr、Ni粉进行充分混合，混合粉末中各元素均为等摩尔比；所述的Fe、Co、Cr、Ni粉末的纯度均大于等于99.9％，以保证材料的性能；采用湿磨方式，将Fe、Co、Cr、Ni粉放入滚筒式球磨机，加入工业无水酒精为研磨介质进行球磨，球磨时间为12-48小时，球料比为(5-10)∶1，球酒精比为(10-20)∶1，以增加粉末合金化的程度；
制备CoCrNi混合粉末的方法包含以下步骤：首先对纯度均大于等于99.9％Co、Cr、Ni粉等摩尔比进行充分的混合，其余步骤与制备FeCoCrNi混合粉末的步骤完全相同；
S1.2，将Mo粉与球磨后的FeCoCrNi混合粉末、CoCrNi混合粉末分别放入干燥箱干燥，干燥温度为80-120℃，既保证干燥效率，也防止温度过高导致粉末氧化，干燥时间为6-12小时。
另外，对于钢基体也需要进行预处理；本例中，利用线切割机将Q235钢基体切割成1cm×1cm的小块，便于在制备完成后进行表征；使用氧化铝粉末对基体表面进行喷砂处理，以去除基体表面的氧化物和污渍，增加表面粗糙度，提高涂层的结合效果；然后浸泡在工业无水酒精中超声波清洗30-60分钟，以去除喷砂过后残留在基体表面的污渍碎片和氧化铝粉末，防止对后续的喷涂造成影响。
S2，使用等离子喷涂设备在基体表面喷涂所述的CoCrNi混合粉末，形成沉积的FexCoCrNi中熵合金过渡层，Fe的来源是喷涂过程中的高温引起稀释的基体；喷涂前先用等离子焰流对基体进行预热；喷涂过程中，喷枪将整个基体表面不重复地喷涂一次，记为沉积一层；随着沉积层数的增加，Fe在FexCoCrNi中熵合金过渡层中的含量会越来越少，每沉积一层，对该层横截面进行一次EDS分析，测定该层横截面元素的种类和含量，沉积第一层时，该层的横截面元素的种类和含量如表1所示。
表1沉积第一层过渡层时横截面的元素摩尔占比表
Figure BDA0003261786790000061
可知沉积的第一层中，Fe元素含量很高，说明基体产生严重的稀释现象，该现象会随着沉积层数的增加而减弱；直到测出Fe摩尔占比为18-22％时结束喷涂；制备该过渡层的目的是减小基体与涂层热膨胀性质差异带来的影响，防止涂层开裂。
S3，使用等离子喷涂设备将FeCoCrNi混合粉末和Mo粉沉积在过渡层上，形成FeCoCrNiMoy高熵合金表面涂层，将FeCoCrNi混合粉末放置在第一送粉器中，Mo粉放置在第二送粉器中，通过调整第二送粉器的送粉率改变表面涂层中的Mo含量。首先固定第一送粉器的送粉率，通过送粉率计算判断制备FeCoCrNiMoy(y为0.15-0.25)高熵合金涂层所需的第二送粉器送粉率为z。在喷涂过程中首先使用z/3的第二送粉器送粉率沉积两层高熵合金涂层，然后调整送粉率为2z/3沉积中间两层高熵合金涂层，最后调整送粉率为z在表面沉积FeCoCrNiMoy高熵合金涂层。其中y为表面涂层的最外侧Mo与FeCoCrNiMoy中其他任意一种金属元素的摩尔比即，在沉积的前两层，Mo与FeCoCrNiMoy中其他任意一种金属元素的摩尔比为y/3，然后提高送粉率使中间两层中Mo与FeCoCrNiMoy中其他任意一种金属元素的摩尔比为2y/3，最后提高送粉率使最上方两层中Mo与FeCoCrNiMoy中其他任意一种金属元素的摩尔比y；用砂纸打磨涂层表面，打磨并抛光涂层横截面，激光清洗仪去除表面氧化物，浸泡在工业无水酒精中超声波清洗30分钟。
沉积过渡层和表面涂层的工艺参数如表2所示：
表2沉积过渡层和表面涂层的工艺参数表
Figure BDA0003261786790000062
Figure BDA0003261786790000071
其中，主气和辅气经输送管到达喷枪，被电弧电离形成高温等离子体，点火后形成高温等离子焰流，主气和辅气的流量对焰流流速和温度有直接影响，进而影响涂层质量，流量过大会降低焰流温度，提高喷涂粉末飞行速度，使粉末在完全熔化前就到达涂层表面；流量过小，会使粉末过熔，加重氧化反应。喷涂电流用来调节等离子喷涂设备的功率，功率过大可能导致粉末过熔，功率过小可能导致熔化不良，都会降低涂层的机械性能。载气用于携带和输送粉末进入等离子焰流中，载气压力和流量过小会使粉末难以到达焰流中心，过大则会使粉末穿过焰流中心，均不利于等离子喷涂的进行。送粉率若过大，等离子焰流中的热量不足以将粉末完全熔化；送粉率如果过小，粉末受热氧化烧蚀严重，降低沉积效率。喷涂距离是指喷枪枪口到基体表面的直线距离，喷涂距离过小或过大都会降低粉末温度。
采用Hitachi TM3030型扫描电子显微镜(scanning electron microscopy，SEM)分别观察过渡层和表面涂层的微观形貌。如图2、图3所示，过渡层中Co，Cr，Ni三种组分在过渡层内部分布均匀，但Fe含量明显高于其他组分。如图4、图5所示，表面涂层中Fe，Co，Cr，Ni，Mo五种组分在表面涂层内部分布均匀，且浓度与技术要求保持一致。并用EDS能谱分析对该表面涂层横截面元素分布进行分析，可测得表面涂层从内到外分为：第一表面涂层，其中Fe∶Co∶Cr∶Ni∶Mo＝(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(1-2)；第二表面涂层，其中Fe∶Co∶Cr∶Ni∶Mo＝(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(2-4)；第三表面涂层，其中Fe∶Co∶Cr∶Ni∶Mo＝(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(3-6)。该表面涂层横截面的孔隙率和氧化物含量通过Image J软件计算获得。孔隙率在2.5％-4.5％之间，氧化物含量在24.7-36.5％之间。如图6、图7所示，在Q235钢基体上直接沉积FeCoCrNiMo涂层，粉末沉积效果不良，结构不均匀，同时存在裂纹；添加过渡层后，涂层微观结构更加均匀，裂纹现象减少；此外，相同喷涂工艺下，添加过渡层后涂层厚度更大，这说明由于热膨胀差异过大导致的颗粒飞溅现象减少，使更多的粉末沉积。
使用Rigaku Ultima IV型X射线衍射仪(XRD)分析原料粉末和涂层的物相结构，采用铜钯，Kα射线，电压为40kV，电流为20mA，扫描速度为2°/min，扫描范围为20°～80°，得到了表面涂层的XRD图谱。如图8所示，XRD图谱显示涂层为简单的面心立方(FCC)结构，避免了有损涂层机械性能的有害物相产生。
采用HXD-2000TM/LCD数字式显微硬度仪(上海泰明光学仪器有限公司，中国)对涂层和基体的硬度进行测试，载荷为1.961N，保荷时间为10s，每块样品分别测量五次取平均值。表面涂层的平均显微硬度为583±23HV，远高于本发明使用的基体的164±31HV。
采用Bruker-UMT Tribolab型摩擦磨损试验机对涂层和基体的耐磨性能进行研究，磨损方式为往复磨损，试验时间为20分钟，载荷为50N。表面涂层摩擦系数为0.78±0.03，磨痕厚度约为102微米。基体摩擦系数为0.83±0.08，磨痕厚度约为112微米。说明表面涂层有更好的耐磨性能。
综上所述，过渡层中Fe元素来自于基体，增加了涂层与基体的结合力。除缺少了Mo元素外，FexCoCrNi中熵合金过渡层组分与FeCoCrNiMoy高熵合金涂层基本一致，缓解了表面涂层与基体热膨胀系数差距过大引起的结合效果差的问题。基体→过渡层→表面涂层形成低熵→中熵→高熵的熵梯度系统，过渡层形成Fe含量梯度系统，表面涂层形成Mo含量梯度系统，使涂层的性能分布呈过渡性，增加了涂层的机械性能和力学性能。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种熵梯度合金涂层的制备方法，用于钢材表面处理，其特征在于，包含如下步骤：
S1，分别制备FeCoCrNi混合粉末和CoCrNi混合粉末，其中，所述的CoCrNi混合粉末中，各元素的摩尔比为Co∶Cr∶Ni＝(22-26)∶(22-26)∶(22-26)，所述的FeCoCrNi混合粉末中，各元素的摩尔比为Fe∶Co∶Cr∶Ni＝(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(22-26)；
S2，运用等离子喷涂设备在钢基体表面高温喷涂所述的CoCrNi混合粉末，基体表面部分熔化，与CoCrNi共同形成若干层沉积的FexCoCrNi中熵合金过渡层，其中x为过渡层Fe与FexCoCrNi中任意一种其他金属元素的摩尔比，x≥0.9；喷涂过程中，将整个基体表面不重复地喷涂一次，记为沉积一层；每沉积一层，测定该层截面中Fe的含量，直到该层的截面中Fe占合金的摩尔比在22-26％之间即停止喷涂；
S3，运用等离子喷涂设备在所述的FexCoCrNi中熵合金过渡层上同时喷涂所述的FeCoCrNi混合粉末和Mo粉，以沉积形成高熵合金表面涂层，喷涂过程中，逐渐提高Mo粉的送粉率，最终在表面涂层的最外侧形成沉积的FeCoCrNiMoy，其中y为表面涂层的最外侧Mo与FeCoCrNiMoy中其他任意一种金属元素的摩尔比，y＝0.15～0.25。
2.如权利要求1所述的熵梯度合金涂层的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，FeCoCrNi混合粉末与Mo粉的送粉率的摩尔比初始为Fe∶Co∶Cr∶Ni∶Mo＝(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(1-2)，沉积两层后提高Mo粉的送粉率，使所述的FeCoCrNi混合粉末与Mo粉的送粉率摩尔比为Fe∶Co∶Cr∶Ni∶Mo＝(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(2-4)；沉积两层后再次提高Mo粉的送粉率，使所述的FeCoCrNi混合粉末的送粉率与Mo粉的送粉率摩尔比为Fe∶Co∶Cr∶Ni∶Mo＝(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(3-6)。
3.如权利要求1所述的熵梯度合金涂层的制备方法，其特征在于，步骤S1包含：
S1.1，使用Fe、Co、Cr、Ni粉，通过混合球磨，分别制备CoCrNi混合粉末与FeCoCrNi混合粉末；
S1.2，然后将S1.1中球磨后的CoCrNi混合粉末和FeCoCrNi混合粉末进行干燥。
4.如权利要求3所述的熵梯度合金涂层的制备方法，其特征在于，所述的球磨以工业无水酒精为研磨介质，质量比为不锈钢球∶混合粉末＝(5-10)∶1，不锈钢球∶工业无水酒精＝(10-20)∶1。
5.如权利要求3所述的熵梯度合金涂层的制备方法，其特征在于：所述的干燥在80-120℃下进行。
6.如权利要求1所述的熵梯度合金涂层的制备方法，其特征在于：在步骤S2之前，对钢基体表面进行喷砂处理后清洗。
7.如权利要求1所述的熵梯度合金涂层的制备方法，其特征在于，在步骤S3和步骤S4中，所述的等离子喷涂设备的运行参数为：主气Ar的压力为35-45MPa，辅气H2的压力为35-45MPa，载气Ar的压力为3-5MPa，喷涂电流为300-600A，CoCrNi或FeCoCrNi的送粉率为6-9rad/min，喷涂距离为90-110mm。
8.一种使用权利要求1-7中的任意一种方法制备的熵梯度合金涂层，其特征在于，包含钢基体、FexCoCrNi中熵合金过渡层、FeCoCrNiMoy表面涂层；其中基体→过渡层→表面涂层形成低熵→中熵→高熵的熵梯度系统，过渡层形成Fe含量梯度系统，表面涂层形成Mo含量梯度系统。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114318334A (zh) * 2021-12-30 2022-04-12 恒新增材制造研究中心(佛山)有限公司 一种增材材料的制备方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1149635A2 (en) * 2000-04-28 2001-10-31 E.I. Du Pont De Nemours And Company A process for the preparation of multi-layer coatings of the water-borne base coat/powder clear coat type
CN102323756A (zh) * 2011-08-16 2012-01-18 上海交通大学 基于激光熔覆的稀释率均匀性控制方法及其装置
CN104646660A (zh) * 2013-11-20 2015-05-27 沈阳工业大学 一种铁单元素基合金表面激光高熵合金化用粉料
CN105543839A (zh) * 2015-12-29 2016-05-04 长春理工大学 一种梯度耐磨涂层及制备梯度耐磨涂层的方法
CN106676522A (zh) * 2017-03-02 2017-05-17 中原工学院 一种多主元合金材料涂层及其制备方法
US20170361600A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-21 Washington State University Additive manufacturing of composite materials with composition gradient
CN110359040A (zh) * 2019-08-07 2019-10-22 四川建筑职业技术学院 考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层及其制备方法
CN111850543A (zh) * 2020-06-22 2020-10-30 昆明理工大学 一种激光熔覆七元高熵合金涂层及其制备方法
CN113278960A (zh) * 2020-12-11 2021-08-20 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司柳州局 一种新型等离子堆焊Fe-Mo2FeB2过渡层的制备方法
CN114150203A (zh) * 2021-11-10 2022-03-08 青岛理工大学 一种激光熔覆原位自生高熵合金梯度涂层及其制备方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1149635A2 (en) * 2000-04-28 2001-10-31 E.I. Du Pont De Nemours And Company A process for the preparation of multi-layer coatings of the water-borne base coat/powder clear coat type
CN102323756A (zh) * 2011-08-16 2012-01-18 上海交通大学 基于激光熔覆的稀释率均匀性控制方法及其装置
CN104646660A (zh) * 2013-11-20 2015-05-27 沈阳工业大学 一种铁单元素基合金表面激光高熵合金化用粉料
CN105543839A (zh) * 2015-12-29 2016-05-04 长春理工大学 一种梯度耐磨涂层及制备梯度耐磨涂层的方法
US20170361600A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-21 Washington State University Additive manufacturing of composite materials with composition gradient
CN106676522A (zh) * 2017-03-02 2017-05-17 中原工学院 一种多主元合金材料涂层及其制备方法
CN110359040A (zh) * 2019-08-07 2019-10-22 四川建筑职业技术学院 考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层及其制备方法
CN111850543A (zh) * 2020-06-22 2020-10-30 昆明理工大学 一种激光熔覆七元高熵合金涂层及其制备方法
CN113278960A (zh) * 2020-12-11 2021-08-20 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司柳州局 一种新型等离子堆焊Fe-Mo2FeB2过渡层的制备方法
CN114150203A (zh) * 2021-11-10 2022-03-08 青岛理工大学 一种激光熔覆原位自生高熵合金梯度涂层及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUAFENG GUO等: "Finite Element Analysis for Temperature Field of Laser Remelting Plasma Sprayed Ni-based Gradient Coating on Ti6Al4V Alloy Surface", 《ADVANCED MATERIALS RESEARCH 》, pages 340 - 346 *
SHITAO ZHANG等: "Effect of spraying power on the microstructure and wear behavior of the plasma-sprayed FeCoCrNiMo0.2 coating", 《AIP ADVANCES》, vol. 11, pages 1 - 15 *
YAN CUI等: "Fabrication of FeCoCrNiMnAl0.5-FeCoCrNiMnAl gradient HEA coating by laser cladding technique", 《SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY》, vol. 412, pages 1 - 10 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114318334A (zh) * 2021-12-30 2022-04-12 恒新增材制造研究中心(佛山)有限公司 一种增材材料的制备方法

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