[发明专利]一种钛合金表面制备陶瓷增强激光熔覆难熔高熵合金涂层的方法及应用

说明书

本发明涉及一种钛合金表面制备陶瓷增强激光熔覆难熔高熵合金涂层的方法及应用，属于表面改性领域。利用同轴送粉激光加工系统，在氩气与氮气混合气氛保护下将混合均匀的Al、Nb、Mo、W、Ta难熔高熵合金混合粉末输送到打磨干净，并已预热的钛合金表面，借助激光束将粉末熔化并与基体形成冶金结合的致密的陶瓷增强的难熔高熵合金沉积层。结果表明：在激光束的作用下，AlNbMoW_0.5Ta_0.5能够生成单相BCC结构，并且稀释到熔覆层中的钛能够与氮气发生冶金反应生成TiN陶瓷相，在同轴保护气的搅动下，呈弥散状态分布到熔覆层中，能够起到第二相强化作用。本发明能够制备陶瓷增强的难熔高熵合金激光熔覆层，适用于各类钛合金的表面改性，工艺简单方便，适用性强，便于应用。

技术领域

本发明涉及一种钛合金表面制备陶瓷增强激光熔覆难熔高熵合金涂层的方法，属于表面改性技术领域。特别涉及一种在钛合金表面制备陶瓷增强AlNbMoW_0.5Ta_0.5难熔高熵合金激光熔覆层的方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

高熵合金是突破了以混合焓为主的单主元合金设计理念，而是以构型熵为主的多主元新型合金。高熵合金具有高熵效应、晶格畸变效应、缓慢扩散效应及鸡尾酒效应。基于此，高熵合金展现出优异的强度、塑韧性、耐磨性及高温抗氧化性等。在众多高熵合金中，以IV(Ti，Zr，Hf)，V(V，Nb，Ta)以及VI(Cr，Mo，W)等难熔金属组元为主开发的难熔高熵合金在高温领域展现出优异性能，因此，将难熔高熵合金应用于硬度较低，耐磨性差及高温抗氧化性不佳的钛合金表面改性有助于提高钛合金的服役范围与服役寿命，并降低制造成本。

激光熔覆是一种先进的表面改性技术，其利用高能量密度的激光束熔化粉末，并在基体表面铺展，可制备与基体冶金结合的熔覆层，是将性能优异的难熔高熵合金应用于钛合金表面改性的不二选择。同时，钛元素比较活泼，容易与氮元素反应形成氮化钛陶瓷相，有助于进一步提高难熔高熵涂层的性能，但是，发明人发现：氮化碳的生成量不宜过多，否则会以团聚态分布于熔覆层中，导致熔覆层脆硬倾向过高。

发明内容

为了克服上述问题，本发明的目的是提供一种钛合金表面制备陶瓷增强激光熔覆难熔高熵合金涂层的方法。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种钛合金表面制备陶瓷增强激光熔覆难熔高熵合金涂层的方法，包括：

对钛合金表面进行预处理；

将Al、Nb、Mo、W、Ta的粉末混合均匀，形成难熔高熵合金粉末；

将所述难熔高熵合金粉末输送到钛合金表面；

在氮气与氩气的混合气氛下进行激光熔覆，并利用机器人手臂作为运动单元在钛合金表面铺展，即得。

本发明利用同轴送粉激光熔覆技术，在含量一定的氮气与氩气混合气体的保护下，借助同轴保护气的搅拌作用，利用激光加工自稀释作用的钛与氮气冶金反应形成氮化钛陶瓷相增强的复合难熔高熵合金激光熔覆层将大大提高钛合金的应用范围。

本发明的第二个方面，提供了任一上述的方法制备陶瓷增强激光熔覆难熔高熵合金涂层。

本发明的难熔高熵合金AlNbMoW_0.5Ta_0.5激光熔覆层具有单相BCC固熔体结构，具备很高的强度和热稳定性。

本发明的第三个方面，提供了上述的陶瓷增强激光熔覆难熔高熵合金涂层在军工、航空航天领域中的应用。