[发明专利]一种采用焊接与激光双热源制备FeAlCrNiSiC系高熵合金材料的方法

说明书

一种采用焊接与激光双热源制备FeAlCrNiSiC系高熵合金材料的方法，属于材料加工领域。该方法为：按配比，将铬铁矿粉和铝粉混合，得到粒度200～400目的原材料粉末；滴加水玻璃，进行压制，烘干，得到干燥后的预置压坯块；以钨极氩弧焊做热源进行熔覆，在得到的初步熔覆层表面涂一层激光增吸收涂剂后，进行单道激光涂层熔覆，冷却后得到FeAlCrNiSiC系高熵合金材料。该方法能够对铬铁矿粉直接快速利用，减少了铬铁矿粉在精炼过程中产生的能耗和污染。具有短流程加工、降低生产成本、提升产品科技附加值、减少环境污染等优势，为铬铁矿绿色高价值应用提供理论基础。对矿物资源的高效与高附加值利用具有重大意义。

技术领域

本发明属于材料加工领域，具体涉及一种采用焊接与激光双热源制备FeAlCrNiSiC系高熵合金材料的方法。

背景技术

铬铁矿化学通式为：(Si、Fe)O、(Cr、Al、Fe、Ni)₂O₃，存在Cr₂O₃、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、NiO、SiO₂六种基本组分的类质同象置换，碳含量有低-中-高碳区分，成分复杂。铬铁矿粉主要应用领域为冶金行业领域、建筑材料领域、化学工业等领域。

高熵合金突破了传统合金以一种元素为主的设计概念，至少5种元素按原子分数要大于5％且不能超过35％构成，具有“鸡尾酒”式元素调配机制，铬铁矿粉中元素组成与高熵合金成分有着较高的相似性，如多组元、成分分数大于5％。多元高熵合金一般采用快速冷却的方法制备，而本发明采用焊接与激光双热源熔覆技术结合制备，具有快速加热和快速冷却反应更加充分的特点。

钨极氩弧焊时常被称为TIG焊，是用钨棒作为电极加上氩气进行保护的焊接方法。由于焊接过程当中氩气从焊枪的喷嘴中连续喷出，并在在电弧周围形成稳定的氩气保护圈，减少了焊件与空气接触的几率，从而有效的防止了钨极以及熔池氧化，并且由于氩气的流动在一定的程度上减小了焊缝热影响区敏感性，并且熔覆层可以有效避免熔覆层的裂纹问题最终获得优质的焊缝。钨极氩弧熔覆技术正是利用了氩弧焊的这一优点发展起来的表面改性技术。

激光熔覆技术通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能密度激光束辐照，通过迅速熔化、扩展和凝固，在基体表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，构成一种新的复合材料，以弥补基体缺少的高性能。激光熔覆技术可以在最小的稀释率情况下获得较好的熔覆层，并且其对母材的影响较小，熔覆层与母材之间可以形成稳定的化学键(冶金结合)，极大的提高了熔覆层与母材的结合强度；加热与冷却速度快，预置层的合金元素扩散相对较小；热输入量小集中且不易引起工件的变形。采用激光熔覆技术，可以获得较厚的熔覆层，并可以控制熔覆层的成分和稀释率，由于热量较为集中，使母材的变形较小，在一定的条件下能够实现选区熔覆，易于实现自动化，在经济和熔覆层质量上要强于火焰喷涂。

发明内容

本发明针对高熵合金的成分特征，结合铬铁矿粉的成分特点，利用焊接与激光双热源技术，提供一种采用焊接与激光双热源制备FeAlCrNiSiC系高熵合金材料的方法，该方法利用铬铁矿粉作为原料，加入铝粉，将原料粉末压制成压坯，置于基体上，利用焊接与激光双热源熔覆技术快速制备FeAlCrNiSiCi系高熵合金材料。该方法能够对铬铁矿粉直接快速利用，减少了铬铁矿粉在精炼过程中产生的能耗和污染。具有短流程加工、降低生产成本、提升产品科技附加值、减少环境污染等优势，为铬铁矿绿色高价值应用提供理论基础。对矿物资源的高效与高附加值利用具有重大意义。

为达到发明目的，本发明的技术方案为：

本发明的一种采用焊接与激光双热源制备FeAlCrNiSiC系高熵合金材料的方法，按照以下步骤进行：

步骤1，制备原材料粉末