[发明专利]一种含高熵合金/陶瓷连续梯度复合涂层的复合材料及其制备方法及装置

说明书

一种含高熵合金/陶瓷连续梯度复合涂层的复合材料，包括基体与高熵合金/陶瓷连续梯度复合涂层，所述高熵合金/陶瓷连续梯度复合涂层的厚度为5～10mm，所述高熵合金/陶瓷连续梯度复合涂层中含有高熵合金与氧化铝，且所述氧化铝在所述高熵合金/陶瓷连续梯度复合涂层中的体积分数由底层到顶层呈连续梯度变化。本发明还提供一种上述复合材料的制备方法及装置。本发明打破常规制备高熵合金涂层的方法，采用铝热反应制备得到含高熵合金涂层复合材料，省去了常规涂层制备中首先合成高熵合金粉末的步骤，利用简单的步骤即可制备含高熵合金层的复合材料，整个工艺过程设计构思巧妙，制备过程中能耗低、步骤简单、易于操作。

技术领域

本发明属于合金材料领域，尤其涉及一种含合金/陶瓷复合涂层的复合材料及其制备方法、装置。

背景技术

高熵合金因为其高熵效应、严重的晶格畸变效应、扩散迟滞效应以及“鸡尾酒”效应，具有优异的力学性能和功能特性，特别是近几年发展出的高熵合金复合材料在耐腐蚀、耐磨损、耐高温等性能方面尤为突出，因而高熵合金及其复合材料也日渐成为制备优异合金涂层的备选用材。

随着诸如大型模具、重载自卸车车身、船用甲板、压力容器等大型构件用材的对耐蚀耐磨性要求日益提高，这些部件往往要求表层具有较高体积分数含量的陶瓷增强颗粒以保证部件的高硬度、高模量和高耐磨性，而内层含有较少的或不含陶瓷颗粒以保证部件整体的高强度和高韧性，特别是保证与基体具有良好的冶金结合和组织与性能的连续过渡，这就要求要求材料的各种性能从表层到心部连续变化，复合材料中的陶瓷颗粒浓度从表层到心部呈连续梯度分布。

制备高熵合金涂层的主要有激光熔敷、磁控溅射、热喷涂等。这些方法都存在一定的局限性，如：制备工艺复杂、设备要求高、耗电量大、难以制备梯度复合涂层。其中激光熔覆单道次熔覆宽度过小，熔覆道次之间实现良好的“搭接”是大面积熔覆层制备的关键点，同时局部温升高易产生热应力等也是须要关注的地方，磁控溅射难以制备大厚涂层，热喷涂的涂层与基体的结合强度不够以及原材料高熵合金粉末或线材制备成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种工艺步骤简单、设备简单、成本低廉的含高熵合金/陶瓷连续梯度复合涂层的复合材料及其制备方法，并相应提供一种制备用的装置。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种含高熵合金/陶瓷连续梯度复合涂层的复合材料，包括基体与高熵合金/陶瓷连续梯度复合涂层，所述高熵合金/陶瓷连续梯度复合涂层的厚度为5～10mm，所述高熵合金/陶瓷连续梯度复合涂层中含有高熵合金与氧化铝，且所述氧化铝在所述高熵合金/陶瓷连续梯度复合涂层中的体积分数由底层到顶层呈连续梯度变化。

上述含高熵合金/陶瓷连续梯度复合涂层的复合材料中，优选的，所述高熵合金/陶瓷连续梯度复合涂层由铝热反应一步涂覆于所述基体表面，且所述氧化铝在所述高熵合金/陶瓷连续梯度复合涂层中的体积分数为0～50％。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种含高熵合金/陶瓷连续梯度复合涂层的复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将高熵合金主元元素的氧化物或单质与铝粉混合获得铝热剂，其中，所述主元元素的氧化物或单质中至少包含一种主元元素的氧化物；

(2)将步骤(1)中的铝热剂置于铝热反应器中，点燃铝热剂激发铝热反应得到合金熔体，搅拌翻滚流动分层、静置后得到至下而上氧化铝陶瓷颗粒浓度逐渐增加的连续梯度分布复合熔体；

(3)将步骤(2)中的得到的连续梯度分布复合熔体经喷射涂覆装置雾化成高熵合金与陶瓷颗粒的混合熔滴，并连续喷射涂覆于一待涂覆基体表面得到含高熵合金/陶瓷连续梯度复合涂层的复合材料。