[发明专利]一种梯度高熵合金材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种梯度高熵合金材料及其制备方法，所述梯度高熵合金材料包括基材层以及涂覆于所述基材层上的涂层，其特征在于，所述涂层为Al_xCoCrCuFeNi高熵合金，所述Al_xCoCrCuFeNi高熵合金中Al含量随着涂层数量的增加而增加，且所述X为0‑1。本发明形成梯度Al_xCoCrCuFeNi高熵合金，Al_xCoCrCuFeNi的组成和结构的连续呈现梯度化，能获得表面硬度、耐磨性显著、熔覆层韧性优异以及内应力和断裂倾向小的梯度高熵合金材料，且Al含量的增加能促进FCC相向BCC相转变，形成FCC+BCC双相梯度高熵合金材料。

技术领域

本发明涉及合金材料制备领域，具体而言，涉及一种梯度高熵合金材料及其制备方法。

背景技术

高熵合金通常由固溶体组成，不容易形成脆性金属化合物，能同时兼顾高硬度和耐磨性等优异性能。但由于固有的组成复杂性和组成元素之间熔点的巨大差异，高熵合金的制备具有挑战性。但现有技术中，在熔体凝固和冷却过程中发生了显著的元素偏析，因此，与常规合金相比，铸态试样可能存在明显的铸造缺陷，如裂纹、气孔、残余应力以及成分梯度和异常晶粒大小分布，容易产生气孔、缩松、微裂和组织不均匀等冶金缺陷。

如专利号为号CN 106319260 A提出了一种高熔点高熵合金及其涂层制备方法，所述高熵合金组成为CoCrMoNbTi，上述组分的原子摩尔比为：(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0～1.1)；另外，还提供了一种上述合金激光熔覆涂层的制备方法，包括配粉、球磨、预置粉末、激光熔覆步骤。但该方法制备的高熵合金涂层韧性较差，裂纹驱动力以及残余应力较大，容易萌生裂纹，引起所制零件失效。

综上，在制备梯度高熵合金材料领域，仍然存在亟待解决的上述问题。

发明内容

基于此，为了解决现有技术中制备梯度高熵合金材料存在裂纹、气孔、残余应力以及成分梯度和异常晶粒大小分布，容易产生气孔、缩松、微裂和组织不均匀的问题，本发明提供了一种梯度高熵合金材料及其制备方法，具体技术方案如下：

一种梯度高熵合金材料，所述梯度高熵合金材料包括基材层以及涂覆于所述基材层上的涂层，所述涂层为Al_xCoCrCuFeNi高熵合金，所述Al_xCoCrCuFeNi高熵合金中Al含量随着涂层数量的增加而增加，且所述X为0-1。

本发明提供一种梯度高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：

选择基材层，并对所述基材层进行预处理；

配置涂层粉料；

根据设定配比将涂层粉料球磨混合处理后，铺设于所述基材层上，通过激光熔覆工艺在所述基材层上得到Al_xCoCrCuFeNi高熵合金。

进一步地，所述基材层为碳钢。

进一步地，所述预处理为：将所述基材层的表面进行清洁、干燥后，加热至100℃-300℃，并保温备用。

进一步地，所述涂层粉料为元素粉末，且所述元素粉末纯度大于或等于99.5％。

进一步地，所述涂层粉料包括Al粉、Co粉、Cr粉、Cu粉、Fe粉、Ni粉。

进一步地，将Co粉、Cr粉、Cu粉、Fe粉、Ni粉按照摩尔比为1:1:1:1:1的比例配置完成后，于球磨机中混合处理，然后铺设于所述基材层上，在第一熔覆条件下形成CoCrCuFeNi高熵合金；

将Al粉、Co粉、Cr粉、Cu粉、Fe粉、Ni粉按照摩尔比为0.1：1:1:1:1:1的比例配置完成后，于球磨机中混合处理，然后铺设于所述CoCrCuFeNi高熵合金上，在第二熔覆条件下形成Al_0.1CoCrCuFeNi高熵合金；