[发明专利]一种激光熔覆高硬度耐腐蚀高熵合金涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种激光熔覆高硬度耐腐蚀高熵合金涂层及其制备方法。高熵合金涂层由Al、Co、Cr、Fe、Ni元素和Nb组成，可表示为Al_0.5CoCrFeNi‑Nbx，x取值范围为0.6‑1.0；Al_0.5CoCrFeNiNbx成分为：Fe：16.83%~18.95%，Co：17.76%~20.00%，Cr:15.67%~17.64，Ni:17.68%~19.92%,Al:4.07%~4.58%,Nb:18.92%~28.00%。步骤如下：准确称量上述各元素质量，放入混粉机充分混合，经烘干后放入同轴送粉器，然后在H13钢表面进行激光熔覆。工艺参数：离焦量：5mm，激光功率：2000~2300W，激光扫描速度：6~11mm/s，光斑直径：5mm/s，保护器流量：20~25L/min，搭接率35~50%，送粉速度16~20g/min。本发明能在H13钢基材表面制备出高硬度、高耐腐蚀性能的高熵合金涂层。

技术领域

本发明涉及一种激光熔覆高硬度高耐腐蚀高熵合金涂层及其制备方法，属于材料表面强化技术领域。特别涉及一种在H13热作模具钢表面制备高硬度高耐腐蚀Al_0.5CoCrFeNi-Nb_x高熵合金涂层。

背景技术

近年来，激光熔覆作为一种新型的表面强化和加工技术，具有热影响区小、稀释率低等优点，激光熔覆是运用高能激光束将粉末熔化，实现基体与熔覆层的良好冶金结合，得到具有耐磨、耐腐蚀、抗高温氧化等优良性能的涂层，被广泛应用于模具修复再制造、航空航天、石油化工等领域。

高熵合金的出现打破了传统合金设计的局限性，实现了合金二元到多组元的转变。高熵合金（HEAs）是指由五种或五种以上元素等原子比或近等原子比构成的合金。由于其内部具有较高的结构熵，使合金体系内的吉布斯自由能显著降低，易形成FCC、BCC或HCP型的相，而非金属间化合物。各原子间存在半径差和原子无序分布在晶格点阵的任意位置，内部组织常产生严重的晶格畸变。独特的相组成和微观结构，使其具有良好的硬度、耐磨、耐腐蚀和抗高温氧化等性能，优良的性能为涂层的制备提供了最佳的选择。Al_0.5CoCrFeNi是具有良好的强度和塑性，Nb元素具有较大的原子半径，加入Al_0.5CoCrFeNi高熵合金内可引起晶格畸变，并且能产生坚硬的第二相，生成过共晶组织，大幅改善涂层的硬度及耐腐蚀等性能。

激光熔覆修复或强化零件表面是现在新兴的技术之一，通过设计不同服役性能的金属粉末配比实现零件表面的增强并赋予其优异的综合性能，在减少成本方面具有重要的作用。

发明内容

为制备出高硬度高耐腐蚀的高熵合金涂层，使其更好地服役于模具表面，本发明选用H13热作模具钢做为基材进行激光熔覆处理。

为达到上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种激光熔覆高硬度高耐腐蚀高熵合金涂层，涂层由Fe、Co、Cr、Ni、Al和Nb元素组成，表达式为Al_0.5CoCrFeNi-Nb_x，其中x取值范围为0.6~1。,涂层的合金成分为：Fe：16.83%~18.95%，Co：17.76%~20.00%，Cr:15.67%~17.64，Ni: 17.68%~19.92%, Al:4.07%~4.58%, 余量为Nb。

一种激光熔覆高硬度高耐腐蚀高熵合金涂层的制备方法，按照以下步骤进行制备：选用粒径为45~150μm且纯度≥99.5%的Fe、Co、Cr、Ni、Al、Nb球形粉末，用电子天平准确称量各元素的质量，然后置入混粉机，混粉机内部充满氩气，混粉机转速65rad/min，混粉时间为8h；将混合完成后的粉末在180℃的烘箱内烘干2h；将烘干完成后的混合粉末放入同轴送粉器经同轴送粉器将混合完成的粉末吹向H13钢表面进行熔覆处理，形成激光熔覆涂层，激光熔覆设备工艺参数：离焦量：5mm，激光功率：2000~2300W，激光扫描速度：6~11mm/s，光斑直径：5mm/s，保护器流量：20~25L/min，搭接率35~50%，送粉速度16~20g/min。