[发明专利]一种高硬度高耐磨性的高熵合金涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高硬度高耐磨性的高熵合金涂层及其制备方法。是采用Ti、Zr和Nb为溶剂原子，Al为溶质原子，溶质原子作为中心原子与溶剂原子构成团簇，团簇之间采用Mo作为连接原子构成团簇模型，团簇模型中加入间隙原子C进行强化制得高熵合金涂层；所述团簇中Al：Ti+Zr+Nb的原子比为1:14；所述团簇模型Al：Ti+Zr+Nb：Mo的原子比为1:14:1；所述高熵合金涂层中的Al：Ti+Zr+Nb：Mo：C的原子比为256:3585:256:x,其中x为0、1或2中其中一个。本发明具有利用化学短程序对高熵合金固溶体进行成分设计，并用于钛合金表面涂层修复等方面，为高熵合金的应用提供新思路，且本发明制备的高熵合金涂层相结构简单，开裂敏感性低，硬度高，耐磨能好的有益效果。

技术领域

本发明涉及一种涂层及其制备方法，特别是一种高硬度高耐磨性的高熵合金涂层及其制备方法。

背景技术

高熵合金概念的提出为广大材料研究人员设计新型合金体系提供了无限可能。由前过渡族金属元素所组成的难熔高熵合金具有平均熔点高，硬度强等优点，被认为是新一代高温结构材料，将在涡轮机叶片、耐火材料等方面具有潜在应用前景。目前，难熔高熵合金的研究大多集中于块体材料，对于涂层的研究相对较少。然而，难熔高熵合金中通常富含大量的贵重金属元素，极大增加了其制作成本；同时，高的平均熔点大大增加了块体材料的冶炼和铸造难度。因此，制备小尺寸涂层或薄膜样品将可有效解决以上问题。

另外，前过渡族金属元素所组成的合金大多耐磨性能极差。例如，钛合金的摩擦系数大，黏着磨损严重，极大地限制了其应用范围。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高硬度高耐磨性的高熵合金涂层及其制备方法。本发明具有利用化学短程序对高熵合金固溶体进行成分设计，并用于钛合金表面涂层修复等方面，为高熵合金的应用提供新思路，且本发明制备的高熵合金涂层相结构简单，开裂敏感性低，硬度高，耐磨能好的特点。

本发明的技术方案：一种高硬度高耐磨性的高熵合金涂层及其制备方法，是采用Ti、Zr和Nb为溶剂原子，Al为溶质原子，溶质原子作为中心原子与溶剂原子构成团簇，团簇之间采用Mo作为连接原子构成团簇模型，团簇模型中加入间隙原子C进行强化制得高熵合金涂层；所述团簇中Al：Ti+Zr+Nb的原子比为1:14；所述团簇模型Al：Ti+Zr+Nb：Mo的原子比为1:14:1；所述高熵合金涂层中的Al：Ti+Zr+Nb：Mo：C的原子比为256:3584:256:x,其中x为0、1或2中其中一个。

前述的高硬度高耐磨性的高熵合金涂层中，所述Ti：Zr：Nb的原子比为4.66:4.67:4.67。

前述的高硬度高耐磨性的高熵合金涂层中，所述团簇式为Al-(TiZrNb)₁₄；团簇模型式为[Al-(TiZrNb)₁₄]Mo；高熵合金涂层的成分式为{[Al-(TiZrNb)₁₄]Mo}₂₅₆C_x；其中x为0、1或2中其中一个。

所述的高硬度高耐磨性的高熵合金涂层的制备方法，包括有以下步骤：

(1)分别称取Ti、Zr、Nb、Al、Mo和C粉末，混合，得到A品；

(2)将A品放入球磨罐中，进行球磨，过筛，真空干燥，得到B品；

(3)将金属板表面进行打磨，并用酒精去除其表面污渍，干燥后，真空干燥，得到C品；

(4)将B品均匀分布于C品表面上后，采用激光熔覆进行涂层制备，得成品。

前述的高硬度高耐磨性的高熵合金涂层的制备方法中，所述步骤(1)中，Ti、Zr、Nb、Al、Mo和C的原子比为1192.96:1195.52:1195.52:256:256：x,x等于为0、1或2中其中一个。