CN113862656B - 低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法 - Google Patents
低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法，该方法为：将碳钢粉、Cr粉、Cu粉、Mn粉、Al粉机械混合均匀，得到冷喷用粉体，低压冷喷涂至金属基体表面，得到混合粉体涂层，进行感应重熔原位合成，得到低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层。本发明使用低压冷喷涂技术，将冷喷用粉体喷涂到基体上，得到混合粉体涂层；然后对混合粉体涂层进行进行感应重熔原位合成，得到低碳多主元素合金涂层，经过感应重熔后，合金化反应充分，混合粉体涂层的微观组织从纯金属转变为多主元素合金组织(BCC)相，形成合金涂层，组织致密，孔隙率低，能更好的保护基体材料，需要的设备简单，工艺方便。
Description
技术领域
本发明属于合金涂层技术领域，具体涉及一种低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法。
背景技术
多主元素合金是合金材料发展的新趋势，多主元素合金以多组元非晶合金与多组元高熵合金为代表。多主元素合金与传统合金的主要区别是，传统合金以一种或两种元素为主要元素，合金中的其他元素都是微量元素，例如钢铁材料、铜合金、铝合金等；而多主元素合金，有多种主要元素组成，主要元素的含量在5-35％之间，微量元素含量小于5％。多种主要元素导致多主元素合金具有热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应、性能上的“鸡尾酒”效应和组织上的稳定性。这些效应赋予多主元素合金优良的机械性能，如高强度、良好的耐腐蚀性和优异的耐磨性能。目前常见的多主元素合金由Ni、Co、Fe、Cr、Ti、Al、Cu、W、Zr等元素组成。有NiCoCrFeAlCu、CoCrFeAlCu、NiCoCrFeTi、NiCoCrFeW、NiCoCrZrAl等系列多主元素合金。这些新型金属材料适用于许多领域的工程应用，如交通运输、国防或核和生物医学工业等，从而引起工业界的极高期望。由于块体合金材料制备工业零件成本较高，因此人们将多主元素合金制备成表面涂层，用于磨损、腐蚀等工况，不但可以提高金属零件的使用寿命与性能，还能降低制备成本。
可以发现目前常见的多主元素合金涂层中，大多都有Ni、Co、Ti、W、Zr等价格较高的元素。本发明从涂层制备原料方面考虑，剔除高价格的元素，降低原料成本，在降低成本的同时，通过合金化保障涂层的使用性能。本发明提出的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层，硬度超过NiCoCrFeAlCu多组元高熵合金涂层。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法，该方法使用低压冷喷涂技术，将冷喷用粉体喷涂到基体上，得到混合粉体涂层；然后对混合粉体涂层进行进行感应重熔原位合成，得到低碳多主元素合金涂层，经过感应重熔后，合金化反应充分，混合粉体涂层的微观组织从纯金属转变为多主元素合金组织(BCC)相，形成合金涂层，组织致密，孔隙率低，能更好的保护基体材料，低碳多主元素合金涂层厚度可以控制在100um～3mm，需要的设备简单，工艺方便。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法，该方法为：
S1、将碳钢粉、Cr粉、Cu粉、Mn粉、Al粉机械混合均匀，得到冷喷用粉体；所述碳钢粉由以下质量分数的原料制成：碳1％，余量为Fe；所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：碳钢粉18.38％、Cr粉20.50％、Cu粉20.28％、Mn粉20.24％，余量为Al粉；所述碳钢粉的形貌为类球状雾化粉；所述Cr粉的形貌为由破碎法制备的不规则形状的颗粒粉体；所述Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体；所述Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Al粉为由雾化法制备的球状的雾化颗粒；
S2、将S1中得到的冷喷用粉体，低压冷喷涂至金属基体表面，得到混合粉体涂层；所述低压冷喷涂的工艺参数为：工作气体为压缩空气，载气温度为490℃～510℃，载气压力为0.60MPa～0.80MPa，喷涂距离为10mm～20mm，喷涂速度为0.4m/s～0.6m/s；
S3、将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，得到低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层，所述感应重熔原位合成的工艺参数为：感应线圈与基体的间隙为3mm～4mm，加热温度为1000℃～1100℃，加热功率为1.2kW～2.2kW，频率为175kHz，加热时间为10s～20s。
优选地，S1中混合的时间为4h。
优选地，S1中所述冷喷用粉体的粒度为10μm～50μm。
优选地，S3中所述低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的厚度为100μm～3mm。
优选地，S3中所述低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的结合强度为130MPa～136MPa，涂层硬度为579HV～590HV。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明使用低压冷喷涂技术，将碳钢粉(含碳量为1％，其余为Fe)和金属单质粉末(Cr、Cu、Mn、Al)混合组成具有一定配比的混合粉体材料喷涂到金属基体上，制备成混合涂层。然后对混合涂层进行重熔处理。通过感应重熔处理，混合涂层原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层。使用低压冷喷涂技术制备预制混合涂层，是因为低压冷喷涂设备简单，操作方便、成本低。另外，冷喷涂与热喷涂技术相比，具有涂层组织致密，孔隙率低，颗粒不易发生氧化、相变、脱碳和组织变化等优点。因此将预制的混合粉体涂层感应重熔处理，重熔后混合粉体涂层发生合金化反应，形成了组织均匀、具有体心立方结构(BCC)相的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层。
2、本发明材料新颖、涂层制备成本低。本发明中提到的FeCrMnAlCu多主元素合金涂层，利用Mn元素原子半径较大的特征，加剧合金晶体的晶格畸变，从而提高多主元素合金材料的机械性能，同时又剔除了多主元素合金材料中价格较高的Ni、Co、W、Zr等元素。同时少量的C原子以间隙原子的方式固溶在晶格中，填补了Mn元素这种较大的原子在晶格中产生的间隙，增加了晶胞密度，提高涂层的韧性。在现有的相关报道中，还未发现类似本发明中提到的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金材料，既具有优良的机械性能，合金材料内又没有价格较高的金属元素。本发明中提到的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层，其制备原料与其他多主元素高熵合金涂层相比较来说，成本低；因为金属Mn的价格比金属Co、Ni的价格低。本发明中提到的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层，其制备方法成本低，因为低压冷喷涂设备与感应重熔设备的价格远低于等离子喷涂设备、超音速火焰喷涂设备、爆炸喷涂设备和激光熔覆设备的价格；所需原料为单质金属粉末混合而成，不需要价格较高的多主元素高熵合金粉末材料。综合制备方法与制备原料两个方面的因素，造成了本发明专利提到的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层制备成本较低。
3、研究发现FeCoCrAlCu高熵合金涂层的硬度高达528.2HV左右，磨损率3.703×10-5mm3/(N·m)，FeCoCrAlCuNi高熵合金涂层的硬度为556HV，磨损率为3.61×10-5mm3/(N·m)，这两种高熵合金涂层是目前报道较多的两种多主元素高熵合金涂层，具有很高的应用价值。本发明提出的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层，硬度高达579HV～590HV，磨损率为2.37×10-5mm3/(N·m)～2.86×10-5mm3/(N·m)，涂层的性能超过了上述两种多主元素高熵合金涂层，且成本较低。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例1中S2步骤制备的混合粉体涂层的形貌微观图。
图2是本发明实施例1中S2步骤制备的混合粉体涂层的X射线衍射图。
图3是本发明实施例1的感应重熔后的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的微观形貌图。
图4是本发明实施例1的感应重熔后的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的X射线衍射图。
图5是本发明实施例1的冷喷用粉体感应重熔原位合成的涂层的形貌及面扫EDS图。
图6是本发明实施例1中Al粉由雾化法制备的形貌为类球状颗粒变为不规则形状颗粒时冷喷用粉体感应重熔原位合成的涂层的形貌及面扫EDS图。
图7是本发明实施例1中Cr粉是由破碎法制备的形貌为不规则多边形颗粒的粉体变为规则球形颗粒粉体时冷喷用粉体感应重熔原位合成的涂层的形貌及面扫EDS图。
图8是本发明实施例1中Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体变为规则球状颗粒粉体时冷喷用粉体感应重熔原位合成的涂层的形貌及面扫EDS图。
图9是本发明实施例1中Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则多边形颗粒的粉体变为规则球形颗粒粉体时冷喷用粉体感应重熔原位合成的涂层的形貌及面扫EDS图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法，该方法为：
S1、将碳钢粉、Cr粉、Cu粉、Mn粉、Al粉机械混合4h，混合均匀，得到粒度为10μm～50μm的冷喷用粉体；所述碳钢粉由以下质量分数的原料制成：碳1％，余量为Fe；所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：碳钢粉18.38％、Cr粉20.50％、Cu粉20.28％、Mn粉20.24％，余量为Al粉；所述碳钢粉的形貌为类球状雾化粉；所述Cr粉的形貌为由破碎法制备的不规则形状的颗粒粉体；所述Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体；所述Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Al粉为由雾化法制备的球状的雾化颗粒；
S2、将S1中得到的冷喷用粉体，低压冷喷涂至金属基体表面，得到混合粉体涂层；所述低压冷喷涂的工艺参数为：工作气体为压缩空气，载气温度为500℃，载气压力为0.70MPa，喷涂距离为15mm，喷涂速度为0.5m/s；
S3、将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，得到厚度为1mm的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层，所述感应重熔原位合成的工艺参数为：感应线圈与基体的间隙为3.5mm，加热温度为1050℃，加热功率为1.7kW，频率为175kHz，加热时间为15s。
本实施例中选择碳钢粉(含碳量为1％，其余为Fe)、Cr粉、Mn粉、Al粉、Cu粉作为原料制备合金涂层，Al、Mn、Cr和Fe几种元素原子半径大小接近，金属Cr的晶体结构是BCC结构，Fe在常温下的晶体结构是BCC结构，容易与其他元素结合，形成置换固溶体，C原子的半径较小，容易形成间隙固溶体加剧晶格畸变，晶格畸变增大位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金的硬度增加，如果C原子的含量过多，就会导致晶界有碳化物析出，使多组元素合金脆化，韧性降低。Al元素在多组元高熵合金材料中是促进BCC相结构产生的元素，Mn元素与Fe元素有较强的亲和力，容易固溶到Fe元素组成的BCC结构晶格中。Cu元素的原子半径较小，固溶到由Al、Mn、Cr和Fe四种元素组成的BCC相结构晶格中，可以调节晶格畸变能，提高低碳FeCrMnAlCu多主元素合金材料的机械性能。
将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，发生合金化反应后，形成(BCC)相。合金的硬度增大，使得合金具有良好的耐磨性能。形成了单相组织合金，减少了涂层中能形成原电池的系统，耐腐蚀性能增强。
本实施例中Al粉的形貌为类球状颗粒的粉体，这种形状有利于Al粉在冷喷涂过程中获得较快的速度，从而沉积在45钢基体表面形成涂层；碳钢粉(含碳量为1％，余量为Fe)的形貌为类似球状的雾化粉，这种形状有利于碳钢粉在冷喷涂过程中发生塑性变形，与周围的颗粒相互锁死形成机械结合；C原子半径较小，以间隙固溶体的形式存在于碳钢的晶格之中被带入涂层；Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体，这种形状有利于Mn粉在冷喷涂过程中发生塑性变形，与周围的颗粒相互锁死形成机械结合。Cu粉是由电解法制备的，形貌是树枝状颗粒的粉体材料，选用这种Cu粉有利于Cu粉在冷喷涂过程中发生塑性变形，降低涂层中的孔隙率，同时能提高冷喷涂混合粉体涂层的结合强度，还能保证混合粉体涂层中的Cu含量；Cr粉的形貌为不规则形状的颗粒粉体，这种形状的Cr粉颗粒在涂层中能促进其他元素颗粒变形，有利于提高合金涂层的硬度和涂层的沉积效率。由图1可知，S2中得到的混合粉体涂层的结构较致密，没有明显的孔洞与裂纹，金属颗粒之间有明显的界限，根据Image软件分析测量，混合粉体涂层的孔隙率为0.36％。图1中的混合涂层的结合强度为34MPa，涂层硬度为160HV，对应图2的混合粉体涂层的X射线衍射图，可以确定涂层中的金属颗粒没有发生氧化与扩散，其相结构依然是单质金属的相结构，图3中单质金属元素原位合成了低碳FeCrMnAlCu多主元素合金组织(BCC)相、感应重熔原位合成后混合粉体涂层在45钢基体表面发生了合金化，使得金属合金化的组织更为致密，组织结构均匀化较好，各金属元素扩散均匀，得到的合金涂层中合金化反应充分，微观组织从纯金属组织转变为合金组织(BCC)相(图4)，感应重熔原位合成的合金涂层不仅密度高，缺陷少，且达到合金化的效果，相比于低压冷喷后S2步骤得到的混合粉体涂层性能有所提升，孔隙率为0.02％，小于1％，结合强度为136MPa，涂层硬度为590HV，低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的磨损率为2.86×10-5mm3/(N.m)。
本实施例中低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层中合成碳的含量为0.2％，碳原子半径较小，容易形成间隙固溶体，还可能从晶格中析出形成碳化物，低碳在合金中的作用是形成间隙固溶体加剧晶格畸变，晶格畸变增大导致位错运动阻力，使滑移难以进行，从而使合金的硬度增加。本发明中选择碳钢而非铁粉和碳粉是因为碳粉在重熔的时候难以固溶到晶格中去，容易形成碳化物，并且在涂层内形成偏析。使用碳钢粉，碳的初始状态就固溶在Fe的晶格中，减少了碳元素的析出和偏析。
另外，本实施例还对冷喷用粉体中的碳钢粉、Cr粉、Cu粉、Mn粉和Al粉的形貌选择上和质量分数的选择进行了试验。
(一)本实施例中冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：碳钢粉(含碳量为1％，其余为Fe):Cr:Mn:Al:Cu＝18.38％:20.50％:20.28％:20.4％:20.44％；碳钢粉的形貌为类球状雾化粉；Cr粉的形貌为不规则的颗粒粉体；Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体；Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；Al粉为球状的雾化粉；涂层的形貌及面扫EDS结果如图5所示。
由图5面扫结果显示图层中个元素含量：碳钢粉(含碳量为1％，其余为Fe):24.5％、Cr:16.93％、Mn:18.85％、Al:19.8％、Cu:19.92％，用这种粉末形貌及配比得到的低碳Fe:Cr:Mn:Al:Cu多主元素合金涂层元素含量接近1:1:1:1:1:1，当各涂层元素比例接近1:1:1:1:1:1时，可以从面扫图中看出各元素均匀分布，此时涂层的性能最优，硬度达到590HV，FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的磨损率为2.86×10-5mm3/(N·m)，涂层孔隙率小，涂层结构致密，具有优异的耐磨性性能。
(二)当Al粉由雾化法制备的形貌为类球状颗粒变为不规则形状颗粒时，其它条件不变时，用此方法制备的涂层及面扫EDS结果如图6所示。由图6面扫结果显示图层中个元素含量：Al:32.74％、碳钢粉(含碳量为1％，其余为Fe):22.58％、Cu:20.34％、Mn:14.36％、Cr:9.98％、用这种粉末及配比得到的合金涂层元素含量变化较大，Al元素含量增加到32.74％，Al元素形貌改变后，容易溶解到多主元素合金固溶体中，并且Cu含量增加，Cr和Mn元素明显下降。涂层孔隙增加，涂层致密度降低。通过硬度测试，多主元素合金涂层的硬度为367HV，这是因为Al、Cu含量增加，Cr、Mn含量降低的结果。合金涂层的性能不及用雾化法制备的形貌为类球状颗粒的Al粉体的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层。
(三)当Cr粉是由破碎法制备的形貌为不规则多边形颗粒的粉体变为规则球形颗粒粉体时，其它条件不变时，用此方法制备的涂层及面扫EDS结果如图7所示。由图7面扫结果显示图层中个元素含量：Al:37.41％、碳钢粉(含碳量为1％，其余为Fe):31.97％、Cu:16.7％、Mn:10.26％、Cr:3.66％、用这种粉末及配比得到的涂层元素含量与第一种方法制备的多主元素合金涂层中元素含量相差较大。是因为Cr粉不易沉积在基体上。与多主元素合金元素含量相比Cr含量较低，Al元素含量较高。涂层结构不致密，孔隙较大，涂层硬度为328HV左右。
(四)Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体变为规则球状颗粒粉体时，其它条件不变时，用此方法制备的涂层及面扫EDS结果如图8所示。由图8面扫结果显示图层中个元素含量：Al:21.47％、碳钢粉(含碳量为1％，其余为Fe):22.49％、Cu:31.28％、Mn:16.78％、Cr:7.98％，用这种粉末及配比得到的涂层元素含量与第一种方法制备的多主元素合金元素含量相比较，球形Cu粉末含量较高，Al元素含量与第一种方法含量接近，Mn、Cr元素含量也下降，元素比例不符合低碳FeCrMnAlCu多主元素合金元素含量范围。并且涂层硬度不高，仅为270HV左右，涂层孔隙较大，涂层结构不致密。
(五)当Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则多边形颗粒的粉体变为规则球形颗粒粉体时，其它条件不变时，用此方法制备的涂层及面扫EDS结果如图9所示。由图9面扫结果显示图层中个元素含量：Al:32.69％、碳钢粉(含碳量为1％，其余为Fe):23.47％、Cu:21.27％、Mn:6.33％、Cr:16.33％、用这种粉末及配比得到的涂层元素含量与第一种方法制备的多主元素合金涂层中元素含量相差较大，是因为Mn粉不易沉积在基体上。与多主元素合金元素含量相比Mn含量较低，Al、Fe元素含量较高。涂层结构不致密，孔隙较大，涂层硬度为320HV左右。
综上所述，方案(一)即本实施例的FeCrMnAlCu多主元素合金涂层效果是最好的，组织致密，孔隙率低，能更好的保护基体材料。
实施例2
本实施例的低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法，该方法为：
S1、将碳钢粉、Cr粉、Cu粉、Mn粉、Al粉机械混合4h，混合均匀，得到平均粒度为10μm～50μm的冷喷用粉体；所述碳钢粉由以下质量分数的原料制成：碳1％，余量为Fe；所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：碳钢粉18.38％、Cr粉20.50％、Cu粉20.28％、Mn粉20.24％，余量为Al粉；所述碳钢粉的形貌为类球状雾化粉；所述Cr粉的形貌为由破碎法制备的不规则形状的颗粒粉体；所述Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体；所述Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Al粉为由雾化法制备的球状的雾化颗粒；
S2、将S1中得到的冷喷用粉体，低压冷喷涂至金属基体表面，得到混合粉体涂层；所述低压冷喷涂的工艺参数为：工作气体为压缩空气，载气温度为490℃，载气压力为0.80MPa，喷涂距离为20mm，喷涂速度为0.4m/s；
S3、将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，得到厚度为3mm的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层，所述感应重熔原位合成的工艺参数为：感应线圈与基体的间隙为3mm，加热温度为1000℃，加热功率为2.2kW，频率为175kHz，加热时间为20s。
本实施例制备的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的孔隙率为0.03％，结合强度为132MPa，涂层硬度为588HV，磨损率为2.84×10-5mm3/(N·m)。
实施例3
本实施例的低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法，该方法为：
S1、将碳钢粉、Cr粉、Cu粉、Mn粉、Al粉机械混合4h，混合均匀，得到平均粒度为10μm～50μm的冷喷用粉体；所述碳钢粉由以下质量分数的原料制成：碳1％，余量为Fe；所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：碳钢粉18.38％、Cr粉20.50％、Cu粉20.28％、Mn粉20.24％，余量为Al粉；所述碳钢粉的形貌为类球状雾化粉；所述Cr粉的形貌为由破碎法制备的不规则形状的颗粒粉体；所述Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体；所述Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Al粉为由雾化法制备的球状的雾化颗粒；
S2、将S1中得到的冷喷用粉体，低压冷喷涂至金属基体表面，得到混合粉体涂层；所述低压冷喷涂的工艺参数为：工作气体为压缩空气，载气温度为510℃，载气压力为0.60MPa，喷涂距离为10mm，喷涂速度为0.6m/s；
S3、将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，得到厚度为100μm的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层，所述感应重熔原位合成的工艺参数为：感应线圈与基体的间隙为4mm，加热温度为1100℃，加热功率为1.2kW，频率为175kHz，加热时间为10s。
本实施例制备的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的孔隙率为0.02％，结合强度为130MPa，涂层硬度为579HV，磨损率为2.49×10-5mm3/(N·m)。
实施例4
本实施例的低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法，该方法为：
S1、将碳钢粉、Cr粉、Cu粉、Mn粉、Al粉机械混合4h，混合均匀，得到平均粒度为10μm～50μm的冷喷用粉体；所述碳钢粉由以下质量分数的原料制成：碳1％，余量为Fe；所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：碳钢粉18.38％、Cr粉20.50％、Cu粉20.28％、Mn粉20.24％，余量为Al粉；所述碳钢粉的形貌为类球状雾化粉；所述Cr粉的形貌为由破碎法制备的不规则形状的颗粒粉体；所述Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体；所述Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Al粉为由雾化法制备的球状的雾化颗粒；
S2、将S1中得到的冷喷用粉体，低压冷喷涂至金属基体表面，得到混合粉体涂层；所述低压冷喷涂的工艺参数为：工作气体为压缩空气，载气温度为495℃，载气压力为0.75MPa，喷涂距离为17mm，喷涂速度为0.45m/s；
S3、将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，得到厚度为200μm的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层，所述感应重熔原位合成的工艺参数为：感应线圈与基体的间隙为3.3mm，加热温度为1050℃，加热功率为2.0kW，频率为175kHz，加热时间为18s。
本实施例制备的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的孔隙率为0.02％，结合强度为135MPa，涂层硬度为580HV，磨损率为2.37×10-5mm3/(N·m)。
实施例5
本实施例的低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法，该方法为：
S1、将碳钢粉、Cr粉、Cu粉、Mn粉、Al粉机械混合4h，混合均匀，得到平均粒度为10μm～50μm的冷喷用粉体；所述碳钢粉由以下质量分数的原料制成：碳1％，余量为Fe；所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：碳钢粉18.38％、Cr粉20.50％、Cu粉20.28％、Mn粉20.24％，余量为Al粉；所述碳钢粉的形貌为类球状雾化粉；所述Cr粉的形貌为由破碎法制备的不规则形状的颗粒粉体；所述Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体；所述Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Al粉为由雾化法制备的球状的雾化颗粒；
S2、将S1中得到的冷喷用粉体，低压冷喷涂至金属基体表面，得到混合粉体涂层；所述低压冷喷涂的工艺参数为：工作气体为压缩空气，载气温度为505℃，载气压力为0.65MPa，喷涂距离为17mm，喷涂速度为0.45m/s；
S3、将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，得到厚度为500μm的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层，所述感应重熔原位合成的工艺参数为：感应线圈与基体的间隙为3.3mm，加热温度为1080℃，加热功率为1.5kW，频率为175kHz，加热时间为12s。
本实施例制备的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的孔隙率为0.01％，结合强度为134MPa，涂层硬度为585HV，磨损率为2.29×10-5mm3/(N·m)。
实施例6
本实施例的低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法，该方法为：
S1、将碳钢粉、Cr粉、Cu粉、Mn粉、Al粉机械混合4h，混合均匀，得到平均粒度为10μm～50μm的冷喷用粉体；所述碳钢粉由以下质量分数的原料制成：碳1％，余量为Fe；所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：碳钢粉18.38％、Cr粉20.50％、Cu粉20.28％、Mn粉20.24％，余量为Al粉；所述碳钢粉的形貌为类球状雾化粉；所述Cr粉的形貌为由破碎法制备的不规则形状的颗粒粉体；所述Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体；所述Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Al粉为由雾化法制备的球状的雾化颗粒；
S2、将S1中得到的冷喷用粉体，低压冷喷涂至金属基体表面，得到混合粉体涂层；所述低压冷喷涂的工艺参数为：工作气体为压缩空气，载气温度为512℃，载气压力为0.72MPa，喷涂距离为14mm，喷涂速度为0.58m/s；
S3、将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，得到厚度为300μm的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层，所述感应重熔原位合成的工艺参数为：感应线圈与基体的间隙为3mm，加热温度为1100℃，加热功率为2.0kW，频率为175kHz，加热时间为15s。
本实施例制备的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的孔隙率为0.03％，结合强度为132MPa，涂层硬度为581HV，磨损率为2.84×10-5mm3/(N·m)。
实施例7
本实施例的低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法，该方法为：
S1、将碳钢粉、Cr粉、Cu粉、Mn粉、Al粉机械混合4h，混合均匀，得到平均粒度为10μm～50μm的冷喷用粉体；所述碳钢粉由以下质量分数的原料制成：碳1％，余量为Fe；所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：碳钢粉18.38％、Cr粉20.50％、Cu粉20.28％、Mn粉20.24％，余量为Al粉；所述碳钢粉的形貌为类球状雾化粉；所述Cr粉的形貌为由破碎法制备的不规则形状的颗粒粉体；所述Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体；所述Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Al粉为由雾化法制备的球状的雾化颗粒；
S2、将S1中得到的冷喷用粉体，低压冷喷涂至金属基体表面，得到混合粉体涂层；所述低压冷喷涂的工艺参数为：工作气体为压缩空气，载气温度为495℃，载气压力为0.65MPa，喷涂距离为10mm，喷涂速度为0.5m/s；
S3、将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，得到厚度为1mm的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层，所述感应重熔原位合成的工艺参数为：感应线圈与基体的间隙为4mm，加热温度为1000℃，加热功率为1.8kW，频率为175kHz，加热时间为12s。
本实施例制备的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的孔隙率为0.02％，结合强度为135MPa，涂层硬度为588HV，磨损率为2.78×10-5mm3/(N·m)。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (2)
1.一种低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法，其特征在于，该方法为：
S1、将碳钢粉、Cr粉、Cu粉、Mn粉、Al粉机械混合均匀，得到冷喷用粉体；所述碳钢粉由以下质量分数的原料制成：碳1％，余量为Fe；所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：碳钢粉18.38％、Cr粉20.50％、Cu粉20.28％、Mn粉20.24％，余量为Al粉；所述碳钢粉的形貌为类球状雾化粉；所述Cr粉的形貌为由破碎法制备的不规则形状的颗粒粉体；所述Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体；所述Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Al粉为由雾化法制备的球状的雾化颗粒；S1中所述冷喷用粉体的粒度为10μm～50μm；
S2、将S1中得到的冷喷用粉体，低压冷喷涂至金属基体表面，得到混合粉体涂层；所述低压冷喷涂的工艺参数为：工作气体为压缩空气，载气温度为490℃～510℃，载气压力为0.60MPa～0.80MPa，喷涂距离为10mm～20mm，喷涂速度为0.4m/s～0.6m/s；
S3、将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，得到低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层，所述感应重熔原位合成的工艺参数为：感应线圈与基体的间隙为3mm～4mm，加热温度为1000℃～1100℃，加热功率为1.2kW～2.2kW，频率为175kHz，加热时间为10s～20s；S3中所述低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的厚度为100μm～3mm；S3中所述低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的结合强度为130MPa～136MPa，涂层硬度为579HV～590HV。
2.根据权利要求1所述的一种低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法，其特征在于，S1中混合的时间为4h。
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