[发明专利]具有共晶界面的高熵合金仿生梯度结构复合涂层及其制备方法

说明书

具有共晶界面的高熵合金仿生梯度结构复合涂层及其制备方法，它为了解决高熵合金涂层强度与韧性难以同时提升的难题。复合涂层的制备方法：一、对基体材料进行抛光和清洗；二、分别制备两种高熵合金粉体；三、采用激光熔覆工艺在基体材料表面制备FeCrNiX高熵合金涂层；四、在基体材料上施加超声振动，采用激光熔覆工艺，在FeCrNiX高熵合金底层上原位制备FeNiCrAlX共晶高熵合金层；五、采用激光熔覆工艺，在FeNiCrAlX共晶高熵合金层上制备FeCrAlX高熵合金涂层。本发明复合涂层的外层为BCC高熵合金、界面为BCC和FCC双相共晶高熵合金、内层为FCC高熵合金，提高了涂层的强度和韧性。

技术领域

本发明属于高熵合金涂层技术领域，尤其涉及一种具有共晶界面的高熵合金复合涂层及其制备方法。

背景技术

随着2004年高熵合金的提出，不同于传统合金只有一、二主元构成，多主元的特性赋予其独特的性能，而借助高熵合金制备的熔覆涂层是不断推动涂层领域向高功能、高附加值方向迅猛发展的良好契机。在追求高熵合金涂层高性能的过程中，强度-韧性的权衡一直是一个长期存在的障碍，如何保证其强度和韧性的同时提升是一大难题。

为了实现高熵合金涂层的强韧一体化，目前研究学者一般从高熵合金涂层本身的组织进行优化，比如西安理工大学提出“一种CoFeNi₂VZr_x共晶高熵合金及其制备方法”，借助共晶组织去解决强度和韧性同时提升的难题，但是实际应用中很难保证共晶组织的均匀性。另外，合肥工业大学提出“一种双相结构高熵合金及其制备方法”，借助高强度BCC相与高韧性FCC相去解决强韧性的难题，降低了组织调控的难度，但是简单的双相组织使得强度不如BCC单相，韧性不如FCC单相。

发明内容

本发明的目的是为了解决高熵合金涂层强度与韧性难以同时提升的难题，而提供一种具有共晶界面的高熵合金仿生梯度结构复合涂层及其制备方法，借助仿生梯度结构设计与元素再结晶调控，使用激光熔覆和超声辅助技术，使涂层强度与韧性连续渐变，实现高熵合金复合涂层的强韧一体化。

本发明具有共晶界面的高熵合金仿生梯度结构复合涂层的制备方法按照以下步骤实现：

一、对基体材料进行抛光和清洗，得到清洗后的基体材料；

二、分别制备FeCrAlX高熵合金粉体和FeCrNiX高熵合金粉体；

三、采用激光熔覆工艺在基体材料表面制备FeCrNiX高熵合金涂层，以FeCrNiX高熵合金粉体作为熔覆粉体，控制激光波长1053nm，激光功率1800～2500W，扫描速率10～20mm/s，在基体材料表面形成FeCrNiX高熵合金底层；

四、在基体材料上施加(高频)超声振动，采用激光熔覆工艺，以FeCrAlX高熵合金粉体作为熔覆粉体，在FeCrNiX高熵合金底层上原位制备FeNiCrAlX共晶高熵合金层，控制超声振动频率为30～60Hz；控制激光波长1053nm，激光功率1500～2500W，扫描速率5～15mm/s；

五、采用激光熔覆工艺，以FeCrAlX高熵合金粉体作为熔覆粉体，在FeNiCrAlX共晶高熵合金层上制备FeCrAlX高熵合金涂层，控制激光波长1053nm，激光功率1500～2500W，扫描速率10～20mm/s，在基体材料表面得到具有共晶界面的高熵合金仿生梯度结构复合涂层。

本发明具有共晶界面的高熵合金仿生梯度结构复合涂层是采用激光熔覆工艺在基体材料表面形成FCC单相FeCrNiX高熵合金涂层作为底层，采用激光熔覆工艺结合超声振动形成BCC和FCC双相FeNiCrAlX共晶高熵合金层作为界面层，采用激光熔覆工艺形成BCC单相FeCrAlX高熵合金涂层作为顶层。

本发明具有共晶界面的高熵合金仿生梯度结构复合涂层由顶部到底部，硬度呈现出台阶式梯度变化，具有更好的减摩耐磨及减震的效果，复合涂层由顶部到底部Al元素含量的降低，Ni元素含量升高。