[发明专利]氩弧熔覆碳化钛增强的高熵合金基复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氩弧熔覆碳化钛增强的高熵合金基复合涂层及其制备方法，属于合金涂层及其制备技术领域。本发明选择Fe、Al、Cr、Cu、Co及Ti元素和陶瓷增强相TiC，制备高熵合金复合涂层，包括基体预处理、涂层材料选取、预制块制备和氩弧熔覆的步骤。本发明的复合涂层组织结构由BCC相和TiC组成，改善了材料表面硬度、耐磨性，满足实际生产需要，促进了高熵合金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，是指一种氩弧熔覆碳化钛高熵合金涂层及其制备方法和应用。

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，本发明根据配置高熵合金的相关规律，选择合适的金属元素粉料(Fe、Al、Cr、Cu、Co及Ti元素)和陶瓷增强相(TiC)，制备高熵合金复合涂层。

本发明提供的一种氩弧熔覆碳化钛增强的高熵合金基复合涂层的制备方法，具体步骤如下：

第一步，基体的预处理。

采用轧制态Q235A钢作为基体材料，经过打磨，清洗，并用吹风机将其吹干，置于干燥箱中备用。

第二步，涂层材料的选取。

选择Fe、Al、Cr、Cu、Co、Ti六种元素，设计Fe₁AlCrCuCoTi_0.4高熵合金配比，在高熵合金的基础上再添加5wt.％～35wt.％的TiC。

第三步，将涂层材料制备成预制块。

将高熵合金粉末和TiC颗粒按照第二步中的配比混合均匀，压成预制块。将压好的预制块阴干24h后放置在烘干箱中150℃烘干2h。

第四步，氩弧熔覆得到高熵合金基复合涂层。

将预制块置于基体表面，利用氩弧熔覆的方法制备高熵合金基复合涂层，制备工艺及参数包括：焊接电流220～240A，焊接速度60～80mm·min^-1，氩气流量6～7.5L·min^-1，电弧长度2～4mm。

所述的氩弧熔覆采用WS-500型交直流脉冲钨极氩弧焊机。