[发明专利]一种CoCrFeMnNi高熵合金熔覆层的制备方法

说明书

本发明涉及一种CoCrFeMnNi高熵合金熔覆层的制备方法；采用微束等离子焊机，将CoCrFeMnNi高熵合金粉末经过送粉熔覆或喷焊熔覆在零部件表面，经过冶金反应、冷却凝固、固态相变的变化过程，从而在机械零部件的表面上形成熔覆层。本发明高熵合金熔覆层稀释率在10％以内，显著小于激光熔覆；熔覆层致密、无裂纹和气孔等缺陷，耐腐蚀性能优于304不锈钢板，综合性能良好，提高了恶劣工况下的工件寿命。采用微束等离子弧熔覆工艺制备熔覆层，减少了凝固过程中的缺陷，同时，大大提高了生产效率和降低了成本，适应性强，易于实现工艺化生产。

技术领域

本发明涉及一种高熵合金熔覆层的制备方法。它是以一种热输入较小、适应性强的微束等离子弧熔覆工艺制备修复层的方法，得到一种稀释率小，致密、无裂纹和气孔等缺陷，具有耐磨、耐腐蚀、抗高温氧化性能的CoCrFeMnNi高熵合金熔覆层。

背景技术

随着航空、航天、电子、通信等技术发展，对材料的性能提出越来越高的要求，一般合金性能在一定程度上已经不能满足人们的要求。高熵合金是近年来出现的新型合金之一，其它由5种或5种以上元素以等摩尔比或近等摩尔比配比，合金的性能由多个组元的共同作用决定，组织主要由单一的体心立方(BCC)、面心立方(FCC)或者密排六方(HCP)固溶体相构成，热稳定性高，具有高的强度、硬度，优良的耐磨性、耐蚀性、耐低温性、抗高温氧化性及耐回火软化等多种优异性能。高熵合金的高熵效应能明显地降低系统的自由能，降低了形成金属间化合物形成的趋势，抑制其他复杂相的形成，从而促进元素间混合形成简单固溶体结构。

目前，高熵合金的研究多数采用真空电弧炉熔炼等方法制备块体材料，制备的块体尺寸受到限制，也容易出现各种缺陷；除此之外，高熵合金中需要大量较贵重的金属，电弧熔炼制备高熵合金致使生产成本较高，难以推广应用。因此，在零部件表面制备合金涂层可以发挥巨大的作用。所以，采用不同工艺开发高熵合金表面涂层技术及其应用具有很大的意义。

目前，高熵合金涂层制备有多种工艺方法。其中，采用激光熔覆制备熔覆层具有一定的局限，设备成本高、效率低，制备的熔覆层稀释率高；磁控溅射和物理气相沉积技术制备的涂层薄，仅作为功能涂层，在工程领域有一定限制，而且效率低，耗材多、设备昂贵、存在缺陷等一系列问题限制了其工业化应用。与其他制备技术相比，微束等离子弧熔覆适应性强，同样可以制备厚度大于1mm的涂层，工艺过程简单、热效率高、设备成本低，涂层与基体冶金结合，连接强度高，稀释率小，涂层组织均匀细小，综合性能良好，更有利用于工程修复再制造领域的应用。但是，目前没有学者采用该工艺制备高熵合金熔覆层。

发明内容

本发明选择众多高熵合金中一种应用广泛的体系-CoCrFeMnNi进行研究分析，后续研究将做更多合金体系分析。CoCrFeMnNi系是一种重要的高熵合金体系，具有简单的面心立方FCC固溶体结构，具有良好的抗高温软化性能、锻造特性以及低温屈服强度等，也可用于较高温度下的工况环境及表面涂层修复等领域，在航空航天和核能工程的高温、重载、高速和冲击等高温领域具有潜在的应用前景。

高熵合金具有良好的抗高温软化性能、锻造特性以及低温屈服强度等，在模具、刀具、发动机涡轮修复涂层及高温炉的耐热材料等领域具有潜在的应用前景。在工程机械零部件表面制备高熵合金涂层也可以发挥高熵合金的优良性能，避免了严重的冶金缺陷，同时提高了生产效率，降低了成本，在实际生产中具有重要的理论意义和应用价值。和其他制备合金熔覆层方法相比，微束等离子熔覆制备的高熵合金熔覆层成型质量好、稀释率低、具有优异的耐磨、耐腐蚀和耐高温氧化性能，同时该工艺适应性强、效率高、成本低等一系列特点。因此，本发明采用新型微束等离子熔覆工艺方法，以CoCrFeMnNi系合金为研究对象，针对其他制备熔覆层工艺方法中存在的稀释率小、冶金缺陷、涂层薄难以在工程领域应用等问题进行优化，后续进行多种合金种类探究，加大高熵合金涂层在工程修复再制造领域的推广。