[发明专利]一种高硬度单相高熵合金涂层及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种高硬度单相高熵合金涂层及其制备方法和用途，它是将Al、Fe、Co、Ni、V和Ti六种粉末按照摩尔比Al：Fe：Co：Ni：V：Ti＝(x＝1.0～1.5):1:1:1:1:1进行混合后，采用激光熔敷工艺，在零件表面制备出AlxFeCoNiVTi高熵合金涂层，x＝1.0～1.5范围，涂层硬度范围在800～1100HV之间，为体心立方bcc单相固溶体结构。本发明采用激光熔敷的方法获得的体心立方结构相固溶体高熵合金涂层，硬度高，抗电化学腐蚀性能优异，具有良好的耐磨蚀性能，特别适合在水轮机叶片、风机叶片等零件的表面防护。

技术领域

本发明属于涂层技术领域，涉及一种采用激光熔敷技术制备单相高硬度高熵合金涂层的方法。

背景技术

高熵合金是由n(n≥5)种金属或金属与非金属，以等摩尔比或非等摩尔比(各组元原子百分比不超过35％)经熔炼、烧结或其他方法组合而形成具有金属特性的材料。因为合金中的金属元素多，混乱度大，高熵效应促进了元素间的混合，使得多种主元素倾向混乱排列而形成简单结晶相，即混合成体心立方晶体或面心立方晶体，甚至非晶体化，同时抑制了脆性金属间化合物的形成。高熵合金这样特性使得高熵合金涂层的耐磨性和耐蚀性能优越，

高熵合金的制备可以借鉴传统材料的成型工艺，如熔铸、机械合金化、粉末冶金、熔敷法及镀膜法等。其中，常用的是真空电弧炉熔铸法，这是迄今为止最传统、应用最多的方法，也有少量文献记载了采用电化学沉积和磁控溅射等方法制备高熵合金。利用真空电弧炉熔铸法制备的高熵合金属于铸态产品，高熵合金中合金元素众多，成分复杂，对铸造工艺提出了较高的要求，特别是对于大块状的高熵合金，铸造后的材料成分、组织和性能难于控制。采用电化学沉积和磁控溅射方法制备的高熵合金膜层较薄，一般在微米级别，对基体的组织和性能也提出了较高的匹配要求。较高的工艺要求使得高熵合金难得以涂层的方式大面积应用，无法解决工业中的耐磨或耐蚀问题。

采用激光熔敷技术可以在普通碳钢基体上制备出厚度为毫米级别的涂层，通过合理设计合金元素配比、粉末混合和熔敷方法，可以实现将高熵合金大面积应用，解决工业中的耐磨或耐蚀问题。

发明内容

为了解决现有高熵合金因制备工艺要求苛刻而无法在工业中大面积推广使用的技术难题，本发明提供一种高硬度单相高熵合金涂层。

本发明同时提供这种涂层的制备方法。

为解决上述问题，本发明的高硬度单相高熵合金涂层，是将Al、Fe、Co、Ni、V和Ti六种粉末按照摩尔比Al：Fe：Co：Ni：V：Ti＝(x＝1.0～1.5):1:1:1:1:1进行混合后，采用激光熔敷工艺，在零件表面制备出AlxFeCoNiVTi(x＝1.0～1.5范围)高熵合金涂层，涂层硬度范围在800～1100HV之间，为体心立方bcc单相固溶体结构，涂层具有优异的耐磨蚀性能，特别适合在水轮机叶片、风机叶片等零件的表面防护。

上述涂层的制备方法是：

第一步：原料的准备

取粒度为5-30μm、粉末纯度在99.9％-99.99％之间的Al、Fe、Co、Ni、V、Ti六种粉末，按照摩尔比Al：Fe：Co：Ni：V：Ti＝(x＝1.0～1.5):1:1:1:1:1进行混合，放入球磨机中球磨2-4个小时；

第二步：将球磨后的粉末放入干燥箱中，在100-120℃温度范围内烘干1-2小时；

第三步：基体材料选取及处理

选用普通碳钢、低合金钢或不锈钢等铁基合金作为基体材料，将基体材料表面先碱洗除油，然后喷砂除锈作为融敷工件；

第四层、在基体材料表面熔敷过渡层