[发明专利]一种熵梯度合金涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种熵梯度合金涂层及其制备方法，包含如下步骤：分别制备FeCoCrNi混合粉末和CoCrNi混合粉末，其中，CoCrNi混合粉末中，各元素的摩尔比为Co∶Cr∶Ni＝(22‑26)∶(22‑26)∶(22‑26)，FeCoCrNi混合粉末中，各元素的摩尔比为Fe∶Co∶Cr∶Ni＝(22‑26)∶(22‑26)∶(22‑26)∶(22‑26)；在钢基体表面高温喷涂所述的CoCrNi混合粉末，基体表面部分熔化，与CoCrNi共同形成若干层沉积的Fesubgt;x/subgt;CoCrNi中熵合金过渡层；喷涂过程中，每沉积一层，测定该层截面中Fe的含量，直到该层的截面中Fe占合金的摩尔比在22‑26％之间即停止喷涂；在Fesubgt;x/subgt;CoCrNi中熵合金过渡层上同时喷涂FeCoCrNi混合粉末和Mo粉，以沉积形成高熵合金表面涂层，喷涂过程中，逐渐提高Mo粉的送粉率，最终在表面涂层的最外侧形成沉积的FeCoCrNiMosubgt;y/subgt;。本发明通过设置熵梯度，极大增强了涂层系统的稳定性，机械性能和力学性能，增加涂层的使用寿命。

技术领域

本发明涉及表面工程领域，具体涉及一种熵梯度合金涂层及其制备方法。

背景技术

合金基体大量运用于交通运输业，工厂，大型机械设备中。随着社会经济的迅速发展，合金基体的使用频率与日俱增。有时合金基体的工作环境会存在较大的腐蚀风险，同时由于高频率使用过程中与外界产生的摩擦导致机械设备受到更大的磨损风险。目前关于合金硬质涂层的研究大多集中于提升单一性能上，通过调整合金涂层组分比例获取不同性能的同体系涂层有很大的研究空间，相较于更换工艺成熟的机械用材，寻求耐腐蚀，耐磨损，机械性能更优秀的表面涂层来增强机械设备的耐腐蚀耐磨性能，机械性能从而增加使用寿命是一个可行的方案。

高熵合金是一种由五种或五种以上主要元素等比例或近似等比例组成的多组分合金。同时具有高熵，大晶格畸变、缓慢扩散和“鸡尾酒效应”等特点。这些独特的特性会带来比传统合金更优异的力学性能，如，强度和硬度更高，耐腐蚀性能、耐磨损性能更好。

FeCoCrNiMo是一类具有优异耐磨损性能的高熵合金。Mo会使合金的微观组织更加细化，均匀，同时还会提高合金的硬度和摩擦磨损性能。大气等离子喷涂方法为FeCoCrNiMo高熵合金涂层的制备提供了一种快捷有效的途径。但是目前，使用大气等离子喷涂技术沉积高熵合金过程中的问题主要包含：1)由于喷涂过程的高温导致基体元素对涂层产生稀释，影响涂层的组分；2)基体与涂层存在较大的热膨胀差异，这有可能会导致涂层开裂。

发明内容

本发明的目的是基于等离子喷涂技术，利用基材Fe元素对涂层的稀释特征，制备Fe_xCoCrNi中熵合金过渡层；之后，在过渡层表面制备FeCoCrNiMo_y高熵合金表面涂层，提高基体的耐腐蚀性能和耐磨损性能。

为了达到上述目的，本发明提供了一种熵梯度合金涂层的制备方法，用于钢材表面处理，包含如下步骤：

S1，分别制备FeCoCrNi混合粉末和CoCrNi混合粉末，其中，所述的CoCrNi混合粉末中，各元素的摩尔比为Co∶Cr∶Ni＝(22-26)∶(22-26)∶(22-26)，所述的FeCoCrNi混合粉末中，各元素的摩尔比为Fe∶Co∶Cr∶Ni＝(22-26)∶(22-26)∶(22-26)∶(22-26)；

S2，运用等离子喷涂设备在钢基体表面高温喷涂所述的CoCrNi混合粉末，基体表面部分熔化，与CoCrNi共同形成若干层沉积的Fe_xCoCrNi中熵合金过渡层，其中x为过渡层Fe与Fe_xCoCrNi中任意一种其他金属元素的摩尔比，x≥0.9；喷涂过程中，将整个基体表面不重复地喷涂一次，记为沉积一层；每沉积一层，测定该层截面中Fe的含量，直到该层的截面中Fe占合金的摩尔比在22-26％之间即停止喷涂；