[发明专利]一种伪高熵合金涂层配方及其涂层制备方法

说明书

本发明公开了一种伪高熵合金涂层配方及其涂层制备方法，该方法取Fe、Co、Ni、Cr、Al、Ti、Si七种元素的单质粉末为原料经团聚烧结后形成适用于大气超音速热喷涂用的粉末粒径，其中Fe的原子百分比含量为5％～15％，其余6种元素均分剩余原子百分比；采用大气超音速火焰喷涂(HVAF)和激光熔覆技术相复合的方法制备伪高熵合金涂层Fe_主Co Ni Cr Al Ti Si，其中Fe为主元，含量40at％～60at％，剩余溶质元素为5at％≤M≤20at％。该伪高熵合金涂层不仅表现出了良好的力学性能，还具有优异的耐蚀性。

技术领域

本发明涉及涂层材料领域，尤其涉及一种伪高熵合金涂层配方及其涂层制备方法。

背景技术

2014年，A.Inoue教授提出了伪高熵合金的概念，改变了高熵合金的等原子比例或接近等原子比例的原则，规定了主元素和溶质元素的原子比例，即主元素原子比例在40～60at％，而且每个溶质元素 5～20at％之间，旨在制备出一种新型的多组分合金。2015年A.Inoue 等人报道了铜模铸造的Zr基伪高熵非晶合金表现出了高的形核速度，低的长大速度，具有机械强度高，良好的延展性和耐腐蚀性的特点，然而这些特性在传统的高熵玻璃态合金中很难同时拥有。由此可见伪高熵合金是未来发展的方向之一。

伪高熵合金介于高熵合金与传统合金之间，很容易被忽视，再加上提出时间较短，因此关于这方面的研究报道相对较少，尤其是关于伪高熵合金涂层的配方及其制备方法以及对其性能的研究更是少之又少。若能将伪高熵合金应用在涂层上，不仅能提高材料表面的耐磨、耐蚀等性能，达到延长使用寿命、节约能源的目的，也是实现伪高熵合金广泛应用的快速通道。

目前用于制备合金涂层的技术主要有热喷涂、激光熔覆以及物理气相沉积等。电镀、化学镀、化学气相沉积(CVD)以及物理气相沉积(PVD)技术是制备薄层的主要方法，难以发挥伪高熵合金的性能优势，而且由于元素之间的电位差异，容易造成涂层内组织不均匀。制备十几微米到几毫米较厚的高熵合金涂层时，通常选用热喷涂技术或激光熔覆技术。然而采用热喷涂制备的合金涂层，往往与基体的结合强度较低，容易剥落。激光熔覆技术是合金涂层制备的常用方法之一，该方法简单易行、工艺可控性高、费用低等优点。此外它具有快速凝固动力学效应，有利于抑制合金中金属间化合物等平衡相的形成，能量密度高、快热快冷、对基材的热影响较小、熔覆层粉末选择范围广及稀释率可控等，而且熔覆层微观缺陷较少、与基材可形成良好冶金结合且尺寸不受限制。

当采用各元素单质粉的混合粉末作为原材料制备涂层时，实施费用低，而且成分设计的灵活性高。激光熔覆预置式铺粉的方式容易造成厚薄差异，造成涂层的组织、厚度和成分的不均匀且不适用于形状复杂的工件。同轴送粉时，激光熔覆中粉末流对光束能量的衰减作用，降低了激光能量密度。此外纳米级别的细小颗粒在同轴送粉时，粉末损失严重。但是这些纳米级别的细小颗粒往往有助于涂层性能的提升，尤其是金属珪化物具有烙点髙、硬度高、高温强度高、抗氧化性能及耐磨性能优异的优点，作为新一代室温及高温耐磨结构材料具有很大的发展潜力。因此有必要开发一种新的配方和工艺克服两者的缺点，促进伪高熵合金涂层的快速应用和发展。

发明内容

针对现有技术中涂层的发展现状，本发明提供了一种伪高熵合金涂层配方及其涂层制备方法，该方法通过将团聚烧结后形成适用于大气超音速热喷涂用的粉末粒径，经过多次大气超音速火焰喷涂(HVAF) 和激光熔覆技术相复合，最终制备获得伪高熵合金涂层，涂层组织均匀，表现出良好的耐磨耐蚀性能。

本发明的伪高熵合金涂层配方及其涂层制备方法采用的技术方案如下：

一种伪高熵合金涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤1).取Fe、Co、Ni、Cr、Al、Ti、Si七种元素的单质粉末为原料，以一定的比例均匀混合，其中Fe的原子百分比含量为 5％～15％，其余6种元素均分剩余原子百分比；