[发明专利]一种难熔高熵合金复合涂层及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种难熔高熵合金复合涂层及其制备方法和应用，所述难熔高熵合金复合涂层的组成为CoCrMoNbTi(B₄C)_x，所述难熔高熵合金复合涂层包括基体相和陶瓷相；其中，0x≤1；所述基体相为体心立方固溶体相；所述陶瓷相为TiC相和TiB相。该复合涂层由BCC固溶体相和少量的TiC和TiB组成，显微组织为细小的等轴晶，原位生成的TiC和TiB陶瓷相弥散分布；该复合涂层显微硬度高达886.9HV_0.5，较高熵合金基体提高了33.1％；600℃高温下的摩擦系数和磨损率分别为0.5和2.432×10^‑5mm³/N·m，合金材料表现出了良好的力学性能和高温耐磨特性。

技术领域

本申请涉及一种难熔高熵合金复合涂层及其制备方法和应用，属于涂层技术领域。

背景技术

难熔高熵合金是基于高熵合金设计理念，以高熔点元素为主元的一种新型高温合金材料。综合其独特的高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应、鸡尾酒效应以及高熔点元素的高温特性，难熔高熵合金表现出优越的高温性能，如高强度、高硬度、抗软化和抗氧化性能等，在航天航空、机械等领域具有巨大的应用前景。

激光熔覆是一种快速成形技术，该技术的主要特点如下：冷却速率快、组织致密、材料利用率高、涂层与基体结合好，激光熔覆难熔高熵合金复合涂层进一步拓展了高熵合金的工业应用。然而，激光熔覆难熔高熵合金存在晶粒粗大、耐高温摩擦性能差等缺点，这在一定程度上限制其发展。

B₄C是一种典型的陶瓷增强颗粒，由于其高模量和低密度，被广泛用于轻型装甲和陆地承载中。在高温作用下，B₄C易与过渡金属元素发生反应，生成碳化物、硼化物等第二相，进而改善合金力学性能和耐磨损性能。

目前已有的关于陶瓷相增强高熵合金报道，如申请号为202110580528.0的发明专利申请《颗粒增强难熔高熵复合材料及其制备方法》(申请公布号为CN 113373364 A)公开了一种WC颗粒增强的Nb-Mo-Ta-W-Re高熵合金复合材料及其制备方法，但其碳化物增强相为异位添加，难以保证增强相在基体中均匀分布，且外加的陶瓷颗粒可能存在污染等缺点；又如申请号为202010479325.8的发明专利申请《原位析出碳化物的沉淀强化型高温高熵合金及其制备方法》(申请公布号为CN 111621660 B)公开了一种原位析出NbC和在晶界原位析出M₂₃C₆增强的高熵合金复合材料及其备方法，采用传统的电弧熔炼方法，该方法在制备大尺寸零件时具有一定的局限性，且冷却速度较快，组织不均匀，枝晶生长方向性明显；又如申请号为202010430152.0的发明专利申请《原位合成多元陶瓷增强涂层及其制备方法》(申请公布号为CN 111441052 A)公开了一种包括：Al₂O₃、TiN和TiB₂多元陶瓷相增强CoCrFeNiCu高熵合金复合材料及其备方法，但仅限于低熔点高熵合金制备，且需要向合金中添加Al、TiO₂和BN粉等多种添加物。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种难熔高熵合金复合涂层，该高熵合金综合细晶强化、弥散强化和颗粒强化等多种强化机制，其涂层表现出优异的力学性能，其硬度和高温摩擦性能显著提升。

一种难熔高熵合金复合涂层，所述难熔高熵合金复合涂层的组成为CoCrMoNbTi(B₄C)_x，所述难熔高熵合金复合涂层包括基体相和陶瓷相；

其中，0x≤1；

所述基体相为体心立方(BCC)固溶体相；

所述陶瓷相为TiC相和TiB相。

可选地，在CoCrMoNbTi(B₄C)_x中，0x≤0.6。