[发明专利]一种碳钢表面高熵合金涂层的制备方法

说明书

本发明涉及一种碳钢表面超声滚压复合高速激光熔覆技术制备高熵合金涂层的方法，首先利用高速激光熔覆技术在碳钢表面制备高熵合金涂层，通过有效控制熔覆稀释率，保证了涂层高熵合金成分的完整性，之后再利用超声滚压进一步对涂层进行处理，以消除熔覆层内部的残余应力，同时使涂层表层晶粒细化，形成致密的高熵合金涂层，与基体相比，涂层表面硬度、耐磨性提高了约1~1.5倍，耐蚀性提高了2~2.5倍，此表面复合改性技术先进，生产效率高，工艺流程短，数据翔实精确，熔覆层与基体结合牢固，不易脱落，所获涂层性能优异，安全稳定可靠，节能环保，易实现自动化加工，是十分理想的碳钢表面改性方法。

技术领域

本发明涉及一种碳钢表面高熵合金涂层的制备方法，属金属材料表面改性的技术领域，特指高速激光熔覆与超声滚压技术复合制备高熵合金涂层的加工方法。

背景技术

高熵合金是一种新型合金，摒弃了传统合金单一主元元素的设计理念，采用多种主元元素，每种元素含量为5%~35%，使得内部混乱度很高但整体很稳定，其内部不易形成金属间化合物，而是形成单一的固溶体相，这样的设计理念使得高熵合金具有很优异的性能。

碳钢是近代工业中使用最早、用量最大的基础材料，虽然具有很多优点，但因服役环境的变化，其表面耐腐蚀性、耐磨性能差，使其应用受到了很大局限。

目前，碳钢表面改性有多种方法，例如气相沉积涂层、表面扩渗合金化、化学表面处理法、镀层处理法、机械表面处理法、激光表面熔覆等，其中激光表面熔覆技术是目前最为先进、高效的改性方法之一。

与传统技术相比，激光熔覆技术是利用高能激光束熔化基材与熔覆粉末材料，使二者形成冶金结合，从而达到强化基材的表面性能，激光束比较集中，熔池以及热影响区较小，基材与熔覆层结合良好，熔覆层致密，孔隙率低，夹渣含量较少。

但是普通激光熔覆技术在碳钢表面制备高熵合金涂层时，由于其无法有效的控制稀释率，使得基材中大量的合金元素与高熵合金涂层结合，从而改变了高熵合金的组成成分，使得所制备的涂层性能变差，且熔覆层易产生残余应力，同时粉末利用率低，后续车削、打磨加工量较大，不仅造成了原材料的浪费，同时也降低了生产效率。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对背景技术的现状与不足，提出在碳钢表面采用高速激光熔覆与超声滚压复合技术，制备FeCrCoNiMn高熵合金涂层，以期大幅度提高碳钢的表面性能。

技术方案

本发明碳钢表面高速激光熔覆与超声滚压复合制备高熵合金涂层方法如下：

（1）精选材料

①基体材料为45#钢制成的圆柱形棒材；

②熔覆粉末为FeCrCoNiMn高熵合金粉末，组成及质量分数为：19.68%Fe、12.23%Co、18.81%Cr、19.14%Mn、0.0091%N、0.0839%O，粉末粒度范围为：15~53μm；

（2）45#钢基材预处理

①对基材45#钢进行除锈，在喷砂机上，用石英砂喷砂粗化处理碳钢棒工作表面，表面粗糙度为R_a2.5-5.0μm；

②用无水乙醇擦洗碳素钢板工作表面，擦洗后晾干；

（3）碳钢表面高速激光熔覆高熵合金粉末

①将柱状碳钢棒材夹持在激光熔覆设备变位机的夹持端，然后用顶尖顶紧，固定好；

②将激光熔覆头对准碳钢熔覆起始点，调整激光束聚焦距离，根据光斑大小调节激光头位置，使其聚焦于熔覆层上表面；

③填加熔覆粉末

将高熵合金粉末倒入送粉器中，并联结氩气导管、氩气瓶；