CN114737158A - 可用于作业机械表面强化的高熵合金涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工程机械表面强化技术领域，尤其涉及一种可用于作业机械表面强化的高熵合金涂层的制备方法以及强化后的作业机械。具体地，采用双阴极辉光放电等离子体沉积技术(The double cathode glow discharge plasma technique)在匀速旋转的基体表面溅射20～40微米的FeMnNiCoCr涂层。本发明的新型涂层工艺，实现了在铲斗斗齿表面均匀制备高硬度，高杨氏模量和高抗摩擦磨损性能的微米级涂层，显著提高了挖掘机铲斗斗齿的硬度以及抗摩擦磨损性能，使其在各类工况下均可以承受更大的冲击载荷、减轻与物料之间的摩擦损耗，从而大幅提高工作效率，提高挖掘机铲斗斗齿的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械表面强化技术领域，尤其涉及一种可用于作业机械表面强化的高熵合金涂层的制备方法。
背景技术
挖掘机作为当今时代工程机械的主要机种，在国家的生产建设中发挥着巨大的作用，被广泛应用于各种基础建设，大型工程，煤炭矿山等。铲斗作为工作装置(动臂，斗杆，铲斗)三大部件之一，是挖掘机在实际工作中完成各种任务和功能的最重要的部分。
在实际工作中，铲斗经常被用于：装卸物料，挖掘等工作，其中铲斗斗齿是最直接的承受机械振动，冲击载荷以及摩擦磨损的部件，由于实际工作环境的复杂，其在各种工作环境下很容易出现腐蚀和生锈等问题。因此，在挖掘机的工作装置里，铲斗斗齿是最容易被破坏和磨损的。
现有技术中，通常采用激光熔覆法、氩弧熔敷、化学气相沉积法以及等离子熔覆法等方式在基体表面制备耐磨涂层。例如，CN201510205851.4公开了一种带有多尺度强化相涂层的耐磨斗齿及等离子熔覆方法，它是以Fe、Zr、B4C、SiC粉末为原料，外加碳纳米管和石墨烯，在等离子热源加热作用下，在斗齿表面通过原位反应形成多尺度的强化相涂层。但是，该方法制备的复合涂层厚度在1～3毫米，涂层较厚会导致铲斗斗齿在实际使用过程中耐磨性能降低，而且该方法由于商品化的多壁碳纳米管和多层石墨烯的使用，导致其实际制备成本较高。此外，CN201910253516.X中公开了一种FeCoNiCrMn高熵合金及利用该合金制备耐磨涂层的方法，其采用大气等离子喷涂工艺，获得的高熵合金涂层的厚度为200mm，仍然具有涂层厚度过高的缺陷。而且其采用喷枪上下移动对基体喷涂，会导致基体表面涂层不均匀的问题。
此外，现有技术中，CN 110129716 A也公开了一种高熵合金涂层的制备方法，其具体是指一种CrMnFeCoNi涂层的等离子喷涂制备方法。其技术方案为：1)喷涂前对基体进行处理；2)将基体固定在喷涂架上；3)将喷涂用的高熵合金粉末放置于送粉器中；4)调整喷涂距离，确定喷枪的运行轨迹；5)采用等离子喷涂方法制备高熵合金涂层，喷涂过程中设置的工艺参数分别为：等离子喷枪与基体的距离设为85mm，喷涂电压为37V，喷涂电流为665A，送粉速率为20g/min，主气体氩气压力为0.4Mpa，次气体氢气压力为0.03Mpa，载流气氩气压力为0.28MPa。其虽然解决了激光熔覆，磁控溅射，热压烧结等制备方法所具有的成本较高且不易于工业化应用的问题，然而该制备工艺仍然以固定不动的材料为基体，通过喷枪的运动来控制喷涂，因此其仍然具有喷涂不均匀的问题。而且，制备的高熵合金涂层厚度为200μm，该方法也存在涂层厚度较厚的缺陷。
双阴极辉光放电等离子体沉积技术(The double cathode glow dischargeplasma technique)是由双辉光表面合金化技术发展而来的工艺，双阴极辉光放电等离子体沉积技术有三个电极，分别为阳极，基底阴极和源阴极，源阴极由所需要的合金元素组成。两个电源通过辉光放电产生两个低温等离子体。其中一种用于加热待沉积的基底，而另一种辉光放电等离子体用于打击源电极材料，以提供所需的涂覆成分，这些合金元素到达基底并扩散到基底中然后形成涂层。双阴极辉光放电等离子体沉积技术不仅带来了新的等离子体沉积技术的优点，也包括了溅射沉积技术的优点。该技术可制备致密、厚度可控的涂层。
如何在铲斗斗齿表面均匀制备高硬度，高杨氏模量和高抗摩擦磨损性能的微米级涂层，是挖掘机行业所面临的技术难题。
发明内容
本发明提供一种可用于作业机械表面强化的高熵合金涂层的制备方法，具体提供了一种新型的涂层工艺，实现在铲斗斗齿表面均匀制备高硬度，高杨氏模量和高抗摩擦磨损性能的微米级涂层。
本发明提供一种高熵合金涂层的制备方法，包括：采用双阴极辉光放电等离子体沉积技术(The double cathode glow discharge plasma technique)在匀速旋转的基体表面溅射FeMnNiCoCr涂层；所述FeMnNiCoCr涂层的厚度为20～40微米。
根据本发明提供的一种高熵合金涂层的制备方法，还包括：在所述溅射前，采用等离子清洗机对所述基体进行清洗。
根据本发明提供的一种高熵合金涂层的制备方法，所述旋转为基体沿着固定轴进行自转；所述固定轴的轴长方向与溅射方向垂直。
根据本发明提供的一种高熵合金涂层的制备方法，源极材料与基体之间的溅射距离为15～30厘米。
根据本发明提供的一种高熵合金涂层的制备方法，对基体施加的脉冲直流电的频率为20万～25万赫兹；基体偏压为-100～-300伏；源极材料偏压为-850～-900伏。
根据本发明提供的一种高熵合金涂层的制备方法，所述溅射在真空压力为30～35帕下进行15～30分钟。
根据本发明提供的一种高熵合金涂层的制备方法，所述溅射在室温下进行。
根据本发明提供的一种高熵合金涂层的制备方法，在所述溅射前，真空压力小于5×10-4帕。
根据本发明提供的一种高熵合金涂层的制备方法，由Fe、Mn、Ni、Co和Cr元素作为主元，按照等原子比或近等原子比形成所述FeMnNiCoCr涂层。
根据本发明提供的一种高熵合金涂层的制备方法，所述FeMnNiCoCr涂层由V形晶体组成。
根据本发明提供的一种高熵合金涂层的制备方法，所述基体的形状不规则，优选所述基体为挖掘机铲斗斗齿；更优选所述挖掘机铲斗斗齿的材料为HDT60RC或F24或钛合金Ti6Al4V。
进一步，本发明还提供一种斗齿，其表面含有由Fe、Mn、Ni、Co和Cr元素作为主元，按照等原子比或近等原子比形成的厚度为20～40微米的FeMnNiCoCr涂层。
根据本发明提供的一种斗齿，其表面的涂层采用上述任一制备方法制备。
进一步，本发明还提供一种作业机械，其包括上述的斗齿。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的可用于作业机械表面强化的高熵合金涂层的制备方法，通过采用双阴极辉光放电等离子体沉积技术结合旋转的基体，能够实现在铲斗斗齿表面均匀制备高硬度，高杨氏模量和高抗摩擦磨损性能的微米级FeMnNiCoCr涂层，显著提高铲斗斗齿的硬度以及抗摩擦磨损性能，使其在生产中可以承受更大的冲击载荷、减轻与物料之间的摩擦损耗，从而大幅提高工作效率，提高铲斗斗齿的使用寿命。
具体实施方式
本发明提供了一种高熵合金涂层的制备方法，在具体实施时，包括：采用双阴极辉光放电等离子体沉积技术(The double cathode glow discharge plasma technique)在匀速旋转的基体表面溅射FeMnNiCoCr涂层；所述FeMnNiCoCr涂层的厚度为20～40微米。
通过采用双阴极辉光放电等离子体沉积技术结合旋转的基体，能够实现在铲斗斗齿表面均匀制备高硬度，高杨氏模量和高抗摩擦磨损性能的微米级FeMnNiCoCr涂层。而且本发明发现，当制备的FeMnNiCoCr涂层厚度超过40微米时，会导致后期使用过程中耐磨性能的降低，而且会浪费生产成本。
作为本发明的一种优选实施方案，还包括：在溅射前，采用等离子清洗机对基体进行清洗。通过对基体清洗，能够进一步提高涂层的均匀性，有利于控制涂层厚度，保持基体在溅射涂层后表面仍然光滑平整。
在具体实施过程中，也可以采用其它表面清洗技术对所述基体进行清洗，例如超声波清洗等，除去基体表面的杂质和氧化物。
作为本发明的一种优选实施方案，基体沿着固定轴进行自转；所述固定轴的轴长方向与溅射方向垂直。
作为本发明的一种优选实施方案，源极材料与基体之间的溅射距离为15～30厘米。
通过在上述旋转方向和溅射距离下，能够进一步提高涂层的溅射效果。
作为本发明的一种优选实施方案，对基体施加的脉冲直流电的频率为20万～25万赫兹；基体偏压为-100～-300伏；源极材料偏压为-850～-900伏。
在上述优选的参数条件下，能够进一步提高涂层的溅射效果，获得硬度和杨氏模量更高、摩擦系数更小的涂层。
作为本发明的一种优选实施方案，溅射在真空压力为30～35帕下进行15～30分钟。
作为本发明的一种优选实施方案，溅射在室温下进行。
作为本发明的一种优选实施方案，在溅射前，真空压力小于5×10-4帕。
作为本发明的一种优选实施方案，由Fe、Mn、Ni、Co和Cr元素作为主元，按照等原子比或近等原子比形成FeMnNiCoCr涂层。
作为本发明的一种优选实施方案，FeMnNiCoCr涂层由V形晶体组成。
作为本发明的一种优选实施方案，基体的形状可以规则或不规则，优选基体为挖掘机铲斗斗齿；更优选挖掘机铲斗斗齿的材料为HDT60RC或F24或钛合金Ti6Al4V。
本领域技术人员可以进一步通过对上述优选方案优化组合得到本发明的其它较优实施例。
进一步，本发明还提供一种斗齿，其表面含有由Fe、Mn、Ni、Co和Cr元素作为主元，按照等原子比或近等原子比形成的厚度为20～40微米的FeMnNiCoCr涂层。
根据本发明提供的一种斗齿，其表面的涂层采用上述任一制备方法制备。
进一步，本发明还提供一种作业机械，其包括上述的斗齿。
由于作业机械中的斗齿具有20～40微米的FeMnNiCoCr涂层，其同样具备涂层所具有的如上所述的各种优势。
下面将结合具体实施例进一步说明本发明的具体实施方式。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中未注明具体技术或条件者，均为常规方法或者按照本领域的文献所描述的技术或条件进行，或者按照产品说明书进行。所用试剂和仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
实施例1
选择材料为HDT60RC的挖掘机铲斗斗齿，表面用等离子清洗机清洗30分钟，去除掉挖掘机铲斗斗齿表面的杂质和氧化物。
将挖掘机铲斗斗齿固定在旋转装置上，旋转装置固定轴的轴长方向与溅射方向垂直。
采用双阴极辉光放电等离子体沉积技术在匀速旋转的挖掘机铲斗斗齿表面溅射FeMnNiCoCr涂层；其中，在溅射前，设置真空仓压力小于5×10-4帕；在室温下溅射时，设置真空仓压力为35帕，源极材料采用等原子百分比的FeMnNiCoCr高熵合金，设置源极材料与挖掘机铲斗斗齿的距离为15厘米，对挖掘机铲斗斗齿施加的脉冲直流电的频率为20万赫兹，设置基体偏压为-300伏，设置源极材料偏压为-850伏。
在上述条件下溅射30分钟，在挖掘机铲斗斗齿表面均匀形成厚度为40微米的FeMnNiCoCr涂层，该涂层的主要结构为V形晶体。
进一步，本实施例还对制备的FeMnNiCoCr涂层的性能进行测试：
(1)硬度以及杨氏模量采用纳米压痕测量(Hysitron Tribolndenter T1900机器，美国)。其中，同一样品做了至少27组压痕试验。纳米压痕测量的具体实施过程为：通过加载10s后，负载达到8mN，然后保持负载10s，然后卸载。
(2)摩擦系数的测量采用划痕测试(CSM reestest)，同一样品至少测试5条划痕，总划痕长度为5mm。摩擦系数的测量具体参数设置为：从1N开始加载到99N，加载速率为99.99N/min，划痕速度为5.05mm/min。
经测试，基体HDT60RC的表面硬度为47～52HRC，换算为约5GPa。在其表面制备的FeMnNiCoCr涂层硬度为9.5GPa，杨氏模量为225GPa，摩擦系数为0.2。
本实施例还提供了通过上述制备方法制备的表面含有FeMnNiCoCr涂层的挖掘机铲斗斗齿。
对本实施例制备的挖掘机铲斗斗齿进行使用寿命的测试，具体测试方法为：在试验场地，使用挖掘机进行实地挖掘测试，在岩石工况和土方工况下进行24小时不间断挖掘测试直到斗齿出现较大磨损为止。
通过使用寿命测试，结果表明：本实施例制备的挖掘机铲斗斗齿在岩石工况下的平均使用寿命为5天，在土方工况下的平均使用寿命为8天；而没有涂层的挖掘机铲斗斗齿在岩石工况下的平均使用寿命为3天，在土方工况下的平均使用寿命为5天；通过对比可见，本实施例制备的含有FeMnNiCoCr涂层的挖掘机铲斗斗齿使用寿命大幅提升。
实施例2
选择材料为F24的挖掘机铲斗斗齿，表面用等离子清洗机清洗30分钟，去除掉挖掘机铲斗斗齿表面的杂质和氧化物。
将挖掘机铲斗斗齿固定在旋转装置上，旋转装置固定轴的轴长方向与溅射方向垂直。
采用双阴极辉光放电等离子体沉积技术在匀速旋转的挖掘机铲斗斗齿表面溅射FeMnNiCoCr涂层；其中，在溅射前，设置真空仓压力小于5×10-4帕；在室温下溅射时，设置真空仓压力为35帕，源极材料采用等原子百分比的FeMnNiCoCr高熵合金，设置源极材料与挖掘机铲斗斗齿的距离为15厘米，对挖掘机铲斗斗齿施加的脉冲直流电的频率为20万赫兹，设置基体偏压为-300伏，设置源极材料偏压为-850伏。
在上述条件下溅射30分钟，在挖掘机铲斗斗齿表面均匀形成厚度为40微米的FeMnNiCoCr涂层，该涂层的主要结构为V形晶体。
进一步，本实施例还对制备的FeMnNiCoCr涂层的性能进行测试，测试方法同实施例1的测试方法。
经测试，基体F24的表面硬度为47～52HRC，换算为约5GPa。在其表面制备的FeMnNiCoCr涂层硬度为9.5GPa，杨氏模量为225GPa，摩擦系数为0.2。
本实施例还提供了通过上述制备方法制备的表面含有FeMnNiCoCr涂层的挖掘机铲斗斗齿。
对本实施例制备的挖掘机铲斗斗齿进行使用寿命的测试，具体测试方法同实施例1的测试方法。
通过使用寿命测试，结果表明：本实施例制备的挖掘机铲斗斗齿在岩石工况下的平均使用寿命为5天，在土方工况下的平均使用寿命为8天；与没有涂层的挖掘机铲斗斗齿相比(测试结果见实施例1)，本实施例制备的含有FeMnNiCoCr涂层的挖掘机铲斗斗齿使用寿命大幅提升。
实施例3
选择材料为钛合金(Ti6Al4V)的挖掘机铲斗斗齿，表面用等离子清洗机清洗30分钟，去除掉挖掘机铲斗斗齿表面的杂质和氧化物。
将挖掘机铲斗斗齿固定在旋转装置上，旋转装置固定轴的轴长方向与溅射方向垂直。
采用双阴极辉光放电等离子体沉积技术在匀速旋转的挖掘机铲斗斗齿表面溅射FeMnNiCoCr涂层；其中，在溅射前，设置真空仓压力小于5×10-4帕；在室温下溅射时，设置真空仓压力为35帕，源极材料采用等原子百分比的FeMnNiCoCr高熵合金，设置源极材料与挖掘机铲斗斗齿的距离为15厘米，对挖掘机铲斗斗齿施加的脉冲直流电的频率为20万赫兹，设置基体偏压为-300伏，设置源极材料偏压为-850伏。
在上述条件下溅射30分钟，在挖掘机铲斗斗齿表面均匀形成厚度为40微米的FeMnNiCoCr涂层，该涂层的主要结构为V形晶体。
进一步，本实施例还对制备的FeMnNiCoCr涂层的性能进行测试，测试方法同实施例1的测试方法。
经测试，基体为钛合金(Ti6Al4V)的表面硬度为396HV，换算为约3.88GPa。在其表面制备的FeMnNiCoCr涂层硬度为9.5GPa，杨氏模量为225GPa，摩擦系数为0.2。
本实施例还提供了通过上述制备方法制备的表面含有FeMnNiCoCr涂层的挖掘机铲斗斗齿。
对本实施例制备的挖掘机铲斗斗齿进行使用寿命的测试，具体测试方法同实施例1的测试方法。
通过使用寿命测试，结果表明：本实施例制备的挖掘机铲斗斗齿在岩石工况下的平均使用寿命为5天，在土方工况下的平均使用寿命为8天；与没有涂层的挖掘机铲斗斗齿相比(测试结果见实施例1)，本实施例制备的含有FeMnNiCoCr涂层的挖掘机铲斗斗齿使用寿命大幅提升。
实施例4
选择材料为HDT60RC的挖掘机铲斗斗齿，表面用等离子清洗机清洗30分钟，去除掉挖掘机铲斗斗齿表面的杂质和氧化物。
将挖掘机铲斗斗齿固定在旋转装置上，旋转装置固定轴的轴长方向与溅射方向垂直。
采用双阴极辉光放电等离子体沉积技术在匀速旋转的挖掘机铲斗斗齿表面溅射FeMnNiCoCr涂层；其中，在溅射前，设置真空仓压力小于5×10-4帕；在室温下溅射时，设置真空仓压力为35帕，源极材料采用等原子百分比的FeMnNiCoCr高熵合金，设置源极材料与挖掘机铲斗斗齿的距离为30厘米，对挖掘机铲斗斗齿施加的脉冲直流电的频率为20万赫兹，设置基体偏压为-100伏，设置源极材料偏压为-850伏。
在上述条件下溅射30分钟，在挖掘机铲斗斗齿表面均匀形成厚度为20微米的FeMnNiCoCr涂层，该涂层的主要结构为V形晶体。
进一步，本实施例还对制备的FeMnNiCoCr涂层的性能进行测试，测试方法同实施例1的测试方法。
经测试，基体HDT60RC的表面硬度为47～52HRC，换算为约5GPa。在其表面制备的FeMnNiCoCr涂层硬度为8.5GPa，杨氏模量为195GPa，摩擦系数为0.25。
本实施例还提供了通过上述制备方法制备的表面含有FeMnNiCoCr涂层的挖掘机铲斗斗齿。
对本实施例制备的挖掘机铲斗斗齿进行使用寿命的测试，具体测试方法同实施例1的测试方法。
通过使用寿命测试，结果表明：本实施例制备的挖掘机铲斗斗齿在岩石工况下的平均使用寿命为4天，在土方工况下的平均使用寿命为6天；与没有涂层的挖掘机铲斗斗齿相比(测试结果见实施例1)，本实施例制备的含有FeMnNiCoCr涂层的挖掘机铲斗斗齿使用寿命小幅提升。
实施例5
选择材料为F24的挖掘机铲斗斗齿，表面用等离子清洗机清洗30分钟，去除掉挖掘机铲斗斗齿表面的杂质和氧化物。
将挖掘机铲斗斗齿固定在旋转装置上，旋转装置固定轴的轴长方向与溅射方向垂直。
采用双阴极辉光放电等离子体沉积技术在匀速旋转的挖掘机铲斗斗齿表面溅射FeMnNiCoCr涂层；其中，在溅射前，设置真空仓压力小于5×10-4帕；在室温下溅射时，设置真空仓压力为35帕，源极材料采用等原子百分比的FeMnNiCoCr高熵合金，设置源极材料与挖掘机铲斗斗齿的距离为15厘米，对挖掘机铲斗斗齿施加的脉冲直流电的频率为20万赫兹，设置基体偏压为-100伏，设置源极材料偏压为-850伏。
在上述条件下溅射30分钟，在挖掘机铲斗斗齿表面均匀形成厚度为40微米的FeMnNiCoCr涂层，该涂层的主要结构为V形晶体。
进一步，本实施例还对制备的FeMnNiCoCr涂层的性能进行测试，测试方法同实施例1的测试方法。
经测试，基体F24的表面硬度为47～52HRC，换算为约5GPa。在其表面制备的FeMnNiCoCr涂层硬度为8.7GPa，杨氏模量为200GPa，摩擦系数为0.22。
本实施例还提供了通过上述制备方法制备的表面含有FeMnNiCoCr涂层的挖掘机铲斗斗齿。
对本实施例制备的挖掘机铲斗斗齿进行使用寿命的测试，具体测试方法同实施例1的测试方法。
通过使用寿命测试，结果表明：本实施例制备的挖掘机铲斗斗齿在岩石工况下的平均使用寿命为4天，在土方工况下的平均使用寿命为6天；与没有涂层的挖掘机铲斗斗齿相比(测试结果见实施例1)，本实施例制备的含有FeMnNiCoCr涂层的挖掘机铲斗斗齿使用寿命小幅提升。
对比例1
选择材料为HDT60RC的挖掘机铲斗斗齿，表面用等离子清洗机清洗30分钟，去除掉挖掘机铲斗斗齿表面的杂质和氧化物。
将挖掘机铲斗斗齿固定在旋转装置上，旋转装置固定轴的轴长方向与溅射方向垂直。
采用双阴极辉光放电等离子体沉积技术在匀速旋转的挖掘机铲斗斗齿表面溅射FeMnNiCoCr涂层；其中，在溅射前，设置真空仓压力小于5×10-4帕；在室温下溅射时，设置真空仓压力为35帕，源极材料采用等原子百分比的FeMnNiCoCr高熵合金，设置源极材料与挖掘机铲斗斗齿的距离为50厘米，对挖掘机铲斗斗齿施加的脉冲直流电的频率为20万万赫兹，设置基体偏压为-300伏，设置源极材料偏压为-850伏。
在上述条件下溅射30分钟，在挖掘机铲斗斗齿表面均匀形成厚度为10微米的FeMnNiCoCr涂层，该涂层的主要结构为V形晶体。
进一步，本对比例还对制备的FeMnNiCoCr涂层的性能进行测试，测试方法同实施例1的测试方法。
经测试，基体HDT60RC的表面硬度为47～52HRC，换算为约5GPa。在其表面制备的FeMnNiCoCr涂层硬度为7.0GPa，杨氏模量为160GPa，摩擦系数为0.4。
本对比例还提供了通过上述制备方法制备的表面含有FeMnNiCoCr涂层的挖掘机铲斗斗齿。
对本对比例制备的挖掘机铲斗斗齿进行使用寿命的测试，具体测试方法同实施例1的测试方法。
通过使用寿命测试，结果表明：本对比例制备的挖掘机铲斗斗齿在岩石工况下的平均使用寿命为3天，在土方工况下的平均使用寿命为5天；与没有涂层的挖掘机铲斗斗齿相比(测试结果见实施例1)，本对比例制备的含有FeMnNiCoCr涂层的挖掘机铲斗斗齿使用寿命没有发生明显的变化。
对比例2
选择材料为HDT60RC的挖掘机铲斗斗齿，表面用等离子清洗机清洗30分钟，去除掉挖掘机铲斗斗齿表面的杂质和氧化物。
将挖掘机铲斗斗齿固定在真空仓底部，采用双阴极辉光放电等离子体沉积技术在挖掘机铲斗斗齿表面溅射FeMnNiCoCr涂层；其中，在溅射前，设置真空仓压力小于5×10-4帕；在室温下溅射时，设置真空仓压力为35帕，源极材料采用等原子百分比的FeMnNiCoCr高熵合金，设置源极材料与挖掘机铲斗斗齿的距离为15厘米，对挖掘机铲斗斗齿施加的脉冲直流电的频率为20万赫兹，设置基体偏压为-300伏，设置源极材料偏压为-850伏。
在上述条件下溅射30分钟，在挖掘机铲斗斗齿表形成不均匀厚度为40-50微米的FeMnNiCoCr涂层，该涂层的主要结构为V形晶体。
进一步，本对比例还对制备的FeMnNiCoCr涂层的性能进行测试，测试方法同实施例1的测试方法。
经测试，基体HDT60RC的表面硬度为47～52HRC，换算为约5GPa。在其表面制备的FeMnNiCoCr涂层硬度为8～9.5GPa(根据厚度不同产生不同硬度的表面)，杨氏模量为198～225GPa(也随着硬度不同而变化)，摩擦系数为0.2～0.25(随厚度不同而变化)。
本对比例还提供了通过上述制备方法制备的表面含有FeMnNiCoCr涂层的挖掘机铲斗斗齿。
对本对比例制备的挖掘机铲斗斗齿进行使用寿命的测试，具体测试方法同实施例1的测试方法。
通过使用寿命测试，结果表明：本对比例制备的挖掘机铲斗斗齿在岩石工况下的平均使用寿命为4天，在土方工况下的平均使用寿命为6天；与没有涂层的挖掘机铲斗斗齿相比(测试结果见实施例1)，本对比例制备的含有FeMnNiCoCr涂层的挖掘机铲斗斗齿使用寿命小幅提升。虽然该对比例的挖掘机铲斗斗齿使用寿命有了小幅提升，但是由于FeMnNiCoCr涂层厚度不均匀且超过40微米，在实际使用过程中发现，其耐磨性能不佳，显著降低了挖掘机铲斗斗齿的工作时间和工作效率。此外，实际使用过程中还发现，不均匀的FeMnNiCoCr涂层厚度会产生不均匀的残余应力，会显著加速涂层的裂痕扩张，导致FeMnNiCoCr涂层在一定的范围内发生脱落。而且，不均匀涂层在制备过程中会造成材料的大量浪费，大幅提高生产成本。
对比例3
选择材料为HDT60RC的挖掘机铲斗斗齿，表面用等离子清洗机清洗30分钟，去除掉挖掘机铲斗斗齿表面的杂质和氧化物。
将挖掘机铲斗斗齿固定在旋转装置上，旋转装置固定轴的轴长方向与溅射方向垂直。
采用双阴极辉光放电等离子体沉积技术在匀速旋转的挖掘机铲斗斗齿表面溅射FeMnNiCoCr涂层；其中，在溅射前，设置真空仓压力小于5×10-4帕；在室温下溅射时，设置真空仓压力为35帕，源极材料采用等原子百分比的FeMnNiCoCr高熵合金，设置源极材料与挖掘机铲斗斗齿的距离为10厘米，对挖掘机铲斗斗齿施加的脉冲直流电的频率为20万万赫兹，设置基体偏压为-300伏，设置源极材料偏压为-850伏。
在上述条件下溅射30分钟，在挖掘机铲斗斗齿表面均匀形成厚度为50微米的FeMnNiCoCr涂层，该涂层的主要结构为V形晶体。
进一步，本对比例还对制备的FeMnNiCoCr涂层的性能进行测试，测试方法同实施例1的测试方法。
经测试，基体HDT60RC的表面硬度为47～52HRC，换算为约5GPa。在其表面制备的FeMnNiCoCr涂层硬度为7.0GPa，杨氏模量为160GPa，摩擦系数为0.4。
本对比例还提供了通过上述制备方法制备的表面含有FeMnNiCoCr涂层的挖掘机铲斗斗齿。
对本对比例制备的挖掘机铲斗斗齿进行使用寿命的测试，具体测试方法同实施例1的测试方法。
通过使用寿命测试，结果表明：本对比例制备的挖掘机铲斗斗齿在岩石工况下的平均使用寿命为4天，在土方工况下的平均使用寿命为6天；与没有涂层的挖掘机铲斗斗齿相比(测试结果见实施例1)，本对比例制备的含有FeMnNiCoCr涂层的挖掘机铲斗斗齿使用寿命小幅提升。虽然该对比例的挖掘机铲斗斗齿使用寿命有了小幅提升，但是由于FeMnNiCoCr涂层厚度超过了40微米，在实际使用过程中发现，其耐磨性能不佳，显著降低了挖掘机铲斗斗齿的工作时间和工作效率。
本领域技术人员可更换上述挖掘机铲斗斗齿为工程机械领域中常用的其他作业机械工作装置，比如起重机、挖掘机和桩机中的工作装置或部件等，进而利用上述技术方案在作业机械的工作装置表面制备FeMnNiCoCr涂层，以提升作业机械工作装置的硬度以及抗摩擦磨损等综合性能，均属于本发明的保护范围。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (11)
1.一种高熵合金涂层的制备方法，其特征在于，包括：采用双阴极辉光放电等离子体沉积技术在匀速旋转的基体表面溅射FeMnNiCoCr涂层；所述FeMnNiCoCr涂层的厚度为20～40微米。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述旋转为基体沿着固定轴进行自转；所述固定轴的轴长方向与溅射方向垂直。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，源极材料与基体之间的溅射距离为15～30厘米。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的制备方法，其特征在于，对基体施加的脉冲直流电的频率为20万～25万赫兹；基体偏压为-100～-300伏；源极材料偏压为-850～-900伏。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述溅射在真空压力为30～35帕下进行15～30分钟。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的制备方法，其特征在于，由Fe、Mn、Ni、Co和Cr元素作为主元，按照等原子比或近等原子比形成所述FeMnNiCoCr涂层。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述FeMnNiCoCr涂层由V形晶体组成。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述基体的形状不规则，优选所述基体为挖掘机铲斗斗齿；更优选所述挖掘机铲斗斗齿的材料为HDT60RC或F24或钛合金Ti6Al4V。
9.一种斗齿，其特征在于，其表面含有由Fe、Mn、Ni、Co和Cr元素作为主元，按照等原子比或近等原子比形成的厚度为20～40微米的FeMnNiCoCr涂层。
10.根据权利要求9所述的斗齿，其特征在于，所述斗齿的涂层采用权利要求1～8中任一项所述制备方法制备。
11.一种作业机械，其特征在于，其包括权利要求9或10所述的斗齿。
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