[发明专利]一种喷涂用高熵合金粉末

说明书

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种适用于热喷涂、激光熔覆等表面涂层技术的喷涂用高熵合金粉体。

背景技术

传统的合金设计理念大多是已单一主元为基体的合金体系，当其它组元种类和含量添加过多，则会导致多种脆性金属间化合物生成，降低材料韧性，使材料失去应用价值。2004年，中国台湾发明专利第193729号披露了一种新型高熵合金块体材料，其合金成分范围为含有5至11种主要金属元素，且每一种主要金属元素的摩尔数与该合金的总摩尔数比介于5%至35%之间。多主元高熵合金借助其特有的高熵效应，缓慢扩散效应，纳米相强化及超高晶格畸变等特点，可有效避免传统多元合金脆性相的析出，多形成简单的FCC和BCC固溶体相结构，从而有利于保持合金的高韧性，并可以赋予材料高的硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等多种优异性能。

2007年之后，国内陆续出现了与高熵合金相关的研究报道和专利申请。已有的公开专利，公开号CN 101418394A提出了一种高熵合金与硬质陶瓷相混合制备超硬复合材料技术，材料硬度可达到800~2400 HV。公开号CN 101386928提出了一种含难混溶金属元素的高熵合金制备方法，解决了高熵合金制备过程中不存在固溶区的合金元素固溶问题，进一步扩展了高熵合金的成分选择范围。以上专利的研究均显示高熵合金具有良好的性能和应有前景。但是在实际应用中，由于该类合金制备通常需要较高的凝固速度，且成分多数含有资源稀缺的Ni、Co等贵金属，制备块体材料成本高，尺寸小。相对而言，采用热喷涂和激光熔覆等快速凝固表面技术在低成本金属材料表面涂覆高性能高熵合金涂层具有良好的应用前景。但由于高熵合金粉末中不同种类的金属元素之间及其与基体材料之间密度、熔点、比热和膨胀系数等热物理性能存在较大差异，直接用于激光熔覆、热喷涂等表面技术难以得到成分均匀的涂层，涂层的成型质量和表面连续性无法满足生产使用要求。因此，制造适用于热喷涂、激光熔覆等表面涂层技术的喷涂用高熵合金粉体是高性能高熵合金涂层制备的急需。

发明内容

本发明的目的是将非金属元素Si、B与纯金属组成的高熵合金复合，提供一种含非金属Si、B元素的喷涂用高熵合金粉体材料，该粉体应用于热喷涂和激光熔覆等表面改性技术时不仅可保持高熵合金特有的简单固溶体凝固相结构，而且可获得良好的涂层涂覆质量。

为了实现以上技术目的，本发明是通过以下技术方案予以实现的。

一种喷涂用高熵合金粉末，该高熵合金粉末成分由5种或5种以上金属元素和非金属Si、B元素组成；所述的每种金属元素添加含量占高熵合金粉末总摩尔数的5～35 mol%，添加的非金属Si元素含量占高熵合金总摩尔数的1～20 mol%，添加的非金属B元素含量占高熵合金总摩尔数的1～10 mol%。

进一步的，所述组成高熵合金粉末的金属元素有6种，分别是Ni、Co、Fe、Cr、Al、Cu，其中Ni、Co、Fe、Cr、Al添加含量均为15 mol%，Cu为7.5 mol%；所述组成高熵合金粉末的的非金属Si元素含量占高熵合金粉末总摩尔数的15 mol%，非金属B元素含量占高熵合金粉末总摩尔数的2.5 mol%。

本专利提出的一种喷涂用高熵合金粉末可根据材料使用性能要求，在很宽范围内任意进行合金主元配置，涂层性能由粉末的成分所设计，并解决了现有高熵合金材料由纯金属配置，难以应用于涂层制备的限制。通过5种或5种以上近等摩尔比配制的金属合金粉末中联合添加一定量的Si、B非金属元素，提高了粉末的自熔性和喷涂效果，可应用于热喷涂、激光熔覆等多种表面涂层技术。

附图说明

图1为本发明CuCoNiCrFe高熵合金单道涂层表面形貌图。

其中：(a)为未填加Si、B等元素的CuCoNiCrFe涂层表面形貌图；(b)为添加少量Si、B等元素后CuCoNiCrFe涂层表面形貌图。

图2为本发明NiCoFeCrSiAlCu_0.5高熵合金多道涂层表面形貌图。

图3为本发明四种成分高熵合金涂层的相结构图。

具体实施方式

按成分设计的要求制备5种以上元素组成的高熵合金粉末，再添加所需分数的Si、B等元素。粉末的制造技术即可采用纯金属粉末或合金粉末配置，也可先冶炼成合金、再采用机械法、水雾化和气雾化法制备成合金粉末。粉体制备后为多角形或球形。采用高功率CO₂激光器同步式送粉或预置式送粉方式，在待处理的基体材料表面进行单道次或多道次大面积涂层熔覆，并同时对激光熔覆处理区域进行同步的惰性气体保护。