[发明专利]FeCoCrAlCuVx激光合金化用粉料及制备工艺

说明书

技术领域：

本发明适用于材料表面工程领域，具体涉及一种用于镍单元素基合金表面激光反应合成制备FeCoCrAlCuNiVx高熵合金化涂层所用粉料及制备工艺。

背景技术：

传统的合金设计理念认为合金系统中主元数越多，则越易形成金属间化合物等复杂相，不仅恶化合金的性能而且使合金的分析变得困难。20世纪90年代，台湾学者叶均蔚率先突破了传统合金设计模式，提出了新的合金设计理念，并成功地制备出多主元高熵合金。在多主元高熵合金体系中，其主元数定义在5～13之间，且每种元素的原子分数占5％～35％。研究发现，高熵合金因具有很高的熵值和原子不易扩散的特性，容易获得热稳定性高的固溶体和纳米结构，甚至非晶结构。高熵合金性能在诸多方面表现优于传统合金，如拥有高硬度、耐高温性、耐磨性和耐蚀性等优异综合性能，从而使得其在工程材料领域，特别是高温合金领域具有良好的应用前景。

迄今为止，大多数高熵合金均是采用电弧熔铸法来制备，但由于具有简单固溶体结构的高熵合金形成时需要高的冷却速率，且合金中含有较多价格昂贵的贵金属元素，导致大块高熵合金的制备成本较高。因此，人们开始关注在廉价单元素基合金表面上制备高性能高熵合金涂层。采用热喷涂和激光熔覆等快速凝固表面技术在低成本金属材料表面涂覆高性能高熵合金涂层具有良好的应用前景。但由于高熵合金粉料中不同种类的金属元素之间及其与基体材料之间密度、熔点、比热和膨胀系数等热物理性能存在较大差异，直接用于激光熔覆、热喷涂等表面技术难以得到成分均匀的涂层，从而导致涂层的成型质量和表面连续性无法满足生产的使用要求。采用磁控溅射法和电化学法也可以制备出高熵合金涂层，但利用这些方法制备的涂层太薄，难以满足工件服役条件下的力学性能要求。

发明内容：

发明目的：

本发明目的是采用激光表面合金化方法，在镍单元素基合金表面制备含基材主元素的6主元(6主元及以上)高熵合金化改性层，该合金化层与基体材料形成良好的冶金结合，涂层的相结构为高熵合金特有的固溶体结构，并且合金化层中各主元摩尔分数在5％～35％之间，符合名义上高熵合金范畴，具有高硬度、良好高温抗氧化性能等多种优异综合性能，为制备具有较高力学性能与高环境抗力的新型复合材料涂层提供一种可能的途径。

技术方案：

一种激光反应合成制备FeCoCrAlCuNiVx高熵合金化涂层所用粉料，其特征在于：该合金粉料成分中除激光合金化所选用的基材主元素镍之外，所述的粉料包括Fe、Co、Cr、Al、Cu和V金属元素，其中Fe、Co、Cr、Al、Cu和V的摩尔比为1:1:1:1:1:x，x的取值范围为0～1。

所述组成合金粉料的Fe、Co、Cr、Al、Cu和V纯金属粉末纯度不低于99.9％，且涂层合金粉料的粒度为45～100μm。

所配置的合金粉料需在行星式球磨机中球磨或研钵中研磨混合2～5h。

一种用上述粉料在Ni基合金表面激光反应合成制备FeCoCrAlCuNiVx高熵合金化涂层的方法，其特征在于：按权利要求1的比例称量、混合Fe、Co、Cr、Al、Cu和V金属粉末，混合粉末采用球磨或研磨，然后将混合均匀的粉料置于真空干燥箱中干燥2～8h，干燥后的合金粉末预置于Ni201基材表面，预置合金粉末厚度0.5～1.5mm；采用CO₂激光加工系统，激光输出功率2kW，光斑直径3mm，扫描速度为3～7mm/s，大面积激光束扫描搭接率为50％，激光合金化过程保护气Ar流量为10～20L/min，镍单元素基合金基材主元素镍在激光辐照过程中参与表面合金化过程，从而反应合成制备6或7主元高熵合金化涂层，获得激光合金化层厚度为0.4～1.5mm。

混合粉料球磨或研磨均在室温条件下进行，室温为23±1℃，相对湿度40±10％，粉末研磨时间2～5h。

按摩尔比1:1:1:1:1:0制备FeCoCrAlCuV₀合金粉末，采用纯金属粉末配制的粉料经研磨烘干后预置于Ni201基材表面，预置合金粉末厚度0.5～1.5mm；采用CO₂激光加工系统，激光输出功率2kW，光斑直径3mm，扫描速度为3～7mm/s，大面积激光束扫描搭接率为50％，激光合金化过程保护气Ar流量为10～20L/min，镍单元素基合金基材主元素镍在激光辐照过程中参与表面合金化过程，从而反应合成制备6主元高熵合金化涂层，获得激光合金化层厚度为0.4～1.5mm。