[发明专利]一种活性氩弧熔覆高熵合金涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种活性氩弧熔覆高熵合金涂层及其制备方法，属于合金涂层及其制备技术领域。所述制备方法采用轧制态Q235A钢作为基体材料，采用煤炭伴生资源粉煤灰作为活性剂，氩弧熔覆方法制备得到了活性氩弧熔覆高熵合金涂层Fe_xAlCrCuCoTi_0.4(x＝0，1)。所述涂层的组织结构由BCC相和FCC相组成。其中，Fe₁AlCrCuCoTi_0.4高熵合金涂层与基体间呈冶金结合，显微硬度高达495.6HV_0.2，改善了材料表面硬度、耐磨性，满足实际生产需要，并促进了活性氩弧熔覆高熵合金涂层在材料表面工程上的广泛应用。

技术领域

本发明属于合金涂层及其制备技术领域，具体地说，是指一种活性氩弧熔覆高熵合金涂层及其制备方法。

背景技术

随着科技的飞速发展，材料领域中新材料方面的研究已成为人们研究的新方向。因此，复合材料因其所具有的优异性能成为研究热点，并且通过应用外加、原位生成各种氮化物、碳化物、氧化物、硼化物等的方法制备出的复合材料已成功的应用在工业及实际生产中。叶均蔚等(叶均蔚.高乱度多元合金:CN,CN1353204[P].2002)在20世纪90年代提出的高熵合金，因其具有的较高的强度、耐磨性、耐腐蚀性和耐高温软化等性能备受关注。高熵合金即为多主元高熵合金，又称多主元高混乱度合金，是以多种元素为主元的合金(主元数目n≥5)，各主要元素的原子百分比都较高，但不超过35％。近年来，人们在对高熵合金研究的基础上，开始对高熵合金基复合材料也进行研究，但相关报道还很少，对于其相组成、增强相的形成、强化机理以及界面的结构组成等在国内外期刊都很少报道。

目前，制备高熵合金材料的方法有很多，但是每一种制备方法都具其优势，同时也会带有弊端。所以在高熵合金的制备过程中，必须根据所选元素及所需合金具有的性能、用途来选择适合的制备方法。研究表明，粉末冶金法、高(中)频感应炉加热以及熔铸的方法是制备块状高熵合金材料的主要方法；机械合金化法是高熵合金粉料的主要制备方法；高熵合金涂层材料的制备则一般采用的是热喷涂法、激光快速熔凝法、激光熔覆法及氩弧熔覆法；对于高熵合金薄膜材料，主要采用磁控溅射法和电化学沉积法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题和需求，本发明采用氩弧熔覆的方法在Q235钢表面制备了采用煤炭伴生资源粉煤灰作为活性剂的活性Fe_xAlCrCuCoTi_0.4(x＝0，1)高熵合金涂层，采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、磨粒磨损实验机和冲蚀磨损实验机对活性高熵合金涂层的组织、结构和摩擦磨损性能进行测试与分析。

本发明首先提供一种活性氩弧熔覆高熵合金涂层的制备方法，所述的制备方法具体步骤如下：

第一步，基体的制备。

采用轧制态Q235A钢作为基体材料，将钢板制备成尺寸为100mm×30mm×8mm的试样，然后用角磨机打磨，除去其表面的氧化皮和铁锈，最后用丙酮清洗其表面，并用吹风机将其吹干，置于干燥箱中备用。

第二步，制备高铝粉煤灰活性剂。

采用高铝粉煤灰进行脱碳处理，向脱碳处理后的高铝粉煤灰中加入SiO₂、B₂O₃和Ti；并以此为基础，额外添加质量百分含量为5％的La₂O₃粉末，得到高铝粉煤灰活性剂。其中，按照质量百分比，脱碳处理后的高铝粉煤灰:SiO₂:B₂O₃:Ti＝60％:13.8％:25.4％:0.8％。

所述的脱碳处理条件为：将高铝粉煤灰置于SX2-8-10型中温箱式中800℃保温2h，得到脱碳处理后的高铝粉煤灰。

第三步，高熵合金涂层材料选取。