[发明专利]一种超声波辅助等离子束熔覆高熵合金涂层的方法

说明书

本发明公开了一种超声波辅助等离子束熔覆高熵合金涂层的方法，在低碳钢表面采用等离子束氩气保护下加热熔覆一定比例的镍铬硼硅粉、铜粉、低碳铬铁粉和高碳锰铁粉组成的混合粉末，由于主要组元为五元以上，可以形成以固溶体为主的高熵合金，在熔覆过程中具有高熵合金的迟滞效应，并且粉末大多为预合金粉，具有熔点较低，迟滞效应有利于形成细小的Cr₇C₃和细小的晶粒，获得耐磨性好的高熵合金涂层。

技术领域

本发明属于高能束表面处理领域，特别涉及采用等离子熔覆制备高熵合金耐磨复合涂层的方法。

背景技术

在工程机械、航空航天、汽车、地质勘探等工业中，大量零部件处在磨损、腐蚀等条件下，为提高其耐磨性、耐蚀性，通常采用表面改性或制备涂层的方法。其中Fe-Cr-B-Si、Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si等为常用的热喷涂或熔覆合金材料，其增强相为(Cr, Fe)₇C₃，其耐磨性、工艺性等较好，固溶有大量的Cr使得涂层具有较好的耐蚀性。高熵合金为由五个以上的元素组元组成，并按照接近于等原子比合金化的合金，具有一些传统合金所无法比拟的优异机械性能，如高硬度、高韧性、高耐磨、耐腐蚀性、高强度等，特别适合于制备涂层。采用固溶Cr的面心立方结构高熵合金具有良好的耐蚀性和韧性，添加Cr₇C₃作为增强相，具有良好的耐蚀性和耐磨性，为进一步降低初生Cr₇C₃的尺寸，采用超声波辅助熔覆使得Cr₇C₃在凝固过程中打碎已形成的枝晶，在涂层中生成大量的晶核，以及高熵合金的粘滞效应，能够降低凝固过程中Cr₇C₃和面心立方结构晶粒的尺寸，有利于提高涂层的韧性和耐磨性。等离子束是一种电弧能量高度集中低成本的高能束，通过将电弧机械压缩，弧柱温度可达10000-24000K，并且对待熔覆的基体有一定的“挖掘”作用，有利于涂层的均匀，但同时也会熔化部分钢基体导致稀释原先的涂层成分，采用等离子熔覆具有成本低的优势。

发明内容

本发明解决低碳钢表面涂层耐磨性差的缺点，目的是提高低碳钢表面耐磨性、耐蚀性，采用的制作方法包括下述工艺步骤：

步骤一、选取将要强化的低碳钢零件表面作为基体，并对其表面进行预处理，即用砂轮或砂纸打磨表面进行除锈，用酒精或丙酮清除表面的油污。

步骤二、将镍铬硼硅粉、铜粉、低碳铬铁粉和高碳锰铁粉按一定比例用球磨机进行球磨混合，组成混合粉末；其中镍铬硼硅粉成分的质量百分比为Cr：14-17，B：2.5-4.5，Si：3-4.5，C：0.6-1.0，其余为Ni，粒度为30-300μm；铜粉的纯度为99.5-100%，粒度为30-300μm；低碳铬铁粉成分的质量百分比为C：0.1-0.2%，Cr：50-70%，其余为Fe，粒度为30-300μm；高碳锰铁粉的质量百分比为Mn：62-85；C：7.0-8.0；Si：1.5-2.5，其余为铁，粒度为30-300μm；混合粉中镍铬硼硅粉、铜粉、低碳铬铁粉和高碳锰铁粉的质量百分比为：10-12：10-12：8-10：10-12。其中的球磨混合是采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与金属粉质量比为2.5-3.2∶1，密封后打开真空阀抽真空20-30分钟，将球磨罐放入行星式球磨机，转速为260-300 r/min，倒向频率 30-45 Hz，进行球磨混料时间为60-80分钟。

步骤三、将混合粉末与压敏胶按一定比例混合制成熔覆粉，将其涂覆到低碳钢基体表面，涂覆厚度为0.8-1.2 cm，在100-120℃烘干1.5-2h。