[发明专利]激光熔敷用新型AlFeCrCoNiTi合金涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明专利属于合金涂层技术领域，具体涉及一种激光熔敷用新型的AlFeCrCoNiTi合金涂层及其制备方法。

背景技术

传统合金设计理念是以某一种单一的主元素为基体，然后添加其它多种元素形成合金体系。但是添加的元素种类有限，一般认为添加元素过多会容易形成脆性金属间化合物，引起材料脆性破坏。Yeh于2004年首次报道了多组元高熵合金新材料的设计思想,指出高熵合金的组元可由5种或5种以上元素以等摩尔比或近等摩尔比进行配置。由于该类型合金系统的混合熵极高，在凝固过程中可以抑制传统多元合金中脆性金属间化合物的析出。凝固后往往形成简单的体心或面心结构的固溶体，可大大降低多元合金体系的脆性，致使该类合金可具有高硬度、高的热稳定性、高耐腐蚀性、特殊电和磁性能等。

迄今为止，高熵合金主要采用真空电弧炉熔炼和熔铸等方法制备，但是由于此类技术一般只能制备块状合金，并且凝固速率通常也不高。高熵合金一般含有较贵重的金属，成本昂贵，块状合金的使用会造成材料的浪费。有部分研究学者采用电化学沉积和磁控溅射制备高熵合金薄膜的方法，但这些方法所制备的薄膜厚度仅能达到微米尺度，难以发挥该类型合金在力学性能方面的优势。近期研究发现快速凝固可以在该类合金中获得单一的固溶体(FCC或BCC)。

激光熔覆具有快速加热和快速凝固特点，制备的涂层厚度可达到毫米级，因此可以作为理想的熔敷手段，具有良好的应用前景。但是激光熔敷过程中会发生熔体对流等现象，造成成分不均匀，且有一定的元素烧损。另外，由于高熵合金系统的元素之间以及元素与基体之间的物理性能可能存在较大差异，如密度、热膨胀系数、熔点等，在熔敷过程中较难获得均匀的合金涂层，涂层的成型以及表面连续性也很难保证，无法直接用于实际生产。

由此可见，设计一种适合于激光熔敷的合金涂层至关重要，该合金涂层必须具备良好的成型能力、抗氧化能力和表面连续性，且必须具备耐高温、耐腐蚀和高硬度等优异性能。

发明内容

本发明为了解决现有激光熔敷合金涂层的不足，以及激光熔敷技术中存在的工艺缺陷，提供了一种激光熔敷用高性能合金粉末以及激光熔敷工艺，可以在Q235钢表面获得耐高温、耐腐蚀和高硬度的成型良好的涂层。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种激光熔敷用新型AlFeCrCoNiTi合金涂层，组成合金涂层的合金粉末质量百分比为，Al：4-8％，Fe：20-23％，Cr：18-23％，Co：18-22％，Ni：20-23％，Ti：6-10％。

本发明的合金粉末主要由Al、Fe、Cr、Co、Ni、Ti六种元素组成，按照等摩尔比或近等摩尔比进行配置。由于激光熔敷过程中会出现轻微元素烧损，因此按照以往的比例原则进行元素配比，会出现实际成分含量超出高熵的范畴。本发明专利设计的合金涂层配比正是考虑到激光熔覆过程中基体对涂层的稀释以及各元素的烧损，通过调整个别元素的含量，保证在激光熔敷后得到的合金涂层比例依然在名义高熵合金范畴，可以发挥高熵合金所具备的耐腐蚀、耐高温和高硬度的优点。

Fe、Co、Cr的原子半径非常接近，在范围内。Al的原子半径为由于Al原子半径偏大，会引起晶格畸变，加强了固溶强化作用，提高了涂层的力学性能。

制备激光熔敷用新型AlFeCrCoNiTi合金涂层的方法：

先将合金粉末按比例配好，放入球磨罐中，将球磨罐抽真空，充入氩气保护，放置在球磨机托盘上进行固定，球磨时间10-20h，球磨机转速400-600转/分。球磨时间过半后，加入酒精进行湿磨，结束后，取出烘干制粉，干燥箱温度设定100-120℃，干燥时间为8-12h。对Q235钢待熔敷表面进行打磨、酸洗、碱洗和烘干，厚度2-5mm，不用粘结剂进行表面涂粉，利用薄钢板将合金粉末压制水平。利用高功率激光器进行熔敷，功率为2000-3000w，扫描速度80-120mm/min，光斑直径4mm，搭接率为40-60％，采用纯Ar气保护。

先打开Ar气开关，调节阀门，将气体流量调至0.5-3L/min，让氩气垂直平缓下落至熔敷表面，以不吹散合金粉末为准。之后再进行激光熔敷，结束时，先停止激光熔敷，后关掉氩气，保证熔敷涂层不被氧化。如采用自动送粉器，则送粉速率为7-12g/min，同样采用氩气保护。

有益效果：

(1)本发明提供的合金粉末及制备技术方案可以获得良好的涂层涂覆质量，使得Q235钢表面可以获得高硬度、耐磨损和耐腐蚀的涂层。