[发明专利]一种新型高熵合金涂层及其制备方法

说明书

本发明提供一种新型高熵合金涂层及其制备方法，该方法在高熵合金FeCoCrNiB基础上，利用激光熔覆涂层工艺，采用机械压粉装置将粉末压置于基体，采用激光熔覆技术在45 钢基体上制备了不同Cr 含量的FeCoCrxNiB（x 表示Cr 元素的摩尔比）高熵合金涂层。涂层的耐磨性与硬度呈现正相关关系，发现FeCoCr0.5NiB涂层耐磨性最高，平均硬度最高为860 HV0.2，FeCoCr3NiB涂层耐磨性最低。对于高熵合金确定了合理的工艺参数，得到理想的熔覆效果。

技术领域

本发明涉及一种高熵合金涂层，具体涉及激光熔覆制备方式对FeCoCrxNiB高熵合金涂层耐磨性进行提高，属于合金涂层的制备技术领域。

背景技术

高熵合金是最近几十年来合金化理论的三大突破之一，在2004年中国台湾学者叶钧蔚首先报道了高熵合金概念。高熵合金的组成元素种类有5～13 种，其主元原子百分比含量为5%～35%。高熵合金相比传统合金最大的特点是多主元效应，主要表现为多种主元相互混合产生的高熵效应可以增加元素的相容性，使得高熵合金凝固后往往形成面心立方结构相或体心立方结构相等简单结构的固溶体。元素间不同的尺寸和结合力导致了合金具有晶格畸变和缓慢扩散效应，保证了合金强硬；凝固过程中保留的大量缺陷和能量，使得铸态的合金即保留了很大的残余能量，有利于孪晶等的发生，变现出一系列优异的和特殊的力学行为；多种主元，保证了合金的钝化层复杂，耐腐蚀性能优越。同时，多主元效应还使得高熵合金拥有高硬度、高强度、高耐磨、耐腐蚀氧化、磁学性能、抗辐照、低温性能和抗回火软化能力等优异性能。

激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷，是一种新型的材料加工与表面改性技术，涉及到物理、冶金、材料科学等领域。它通过在基体材料表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基材表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。因此，利用激光熔覆工艺对材料进行加工与表面改性处理，可以在低成本材料上制成高性能表面，以节约贵重、稀有的金属材料，提高材料的综合性能，降低能源消耗，受到了国内外的普遍重视。激光熔覆不仅可以将高熔点的材料熔覆在低熔点的基材表面以提高材料表面层的性能，而且赋予它新的性能，缩短生产周期，降低制造成本，因此相比于电化学沉积和磁控溅射制备的高熵合金薄膜，激光熔覆高熵合金涂层厚度可达毫米级，极大地发挥了高熵合金的力学性能。

发明内容

目前激光熔覆高熵合金成分的设计中，多为添加了自熔性元素（硅和硼），硅和硼的添加一方面可以发挥自熔性作用保证涂层拥有良好的宏观质量，另一方面可以形成硅化物或硼化物硬质相来提高涂层的耐磨性。高熵合金的耐磨性能随着硼含量的增加而提高，因此自熔性激光熔覆高熵合金体系中非自熔性元素含量变化对涂层的组织结构和耐磨性能具有明显影响。针对现有涂层的缺陷，本发明提供的在FeCoCrNiB基础上，采用激光熔覆技术在45 钢基体上制备了不同Cr 含量的FeCoCrxNiB（x 表示Cr 元素的摩尔比）高熵合金涂层。涂层的耐磨性与硬度呈现正相关关系，发现FeCoCr0.5NiB涂层耐磨性最高，FeCoCr3NiB涂层耐磨性最低。

本发明实施的运用激光熔覆工艺制备高熵合金涂层步骤为：

（1）激光熔覆设备为TruDisk 2002 固体激光器，基体材料为加工成40 mm×40 mm×10mm 的45钢试样，表面用砂纸打磨并用丙酮和乙醇依次清洗。