[发明专利]一种在纯钛板材表面制备中熵合金涂层的方法

说明书

本发明公开了一种在纯钛板材表面制备中熵合金涂层的方法，包括工件预处理；涂层预置处理：利用有机溶剂将成分为Fe、Ni或Cr、Ni的金属粉末以等摩尔配比混合成糊状，涂覆在预处理后的工件表面，然后将涂敷有金属粉末涂层的工件干燥；对涂层预置处理后的工件进行脉冲激光表面熔覆处理；获得表面具有FeNiTi_x或CrNiTi_x中熵合金涂层的工件，其中x＝1～2。本发明提供的在纯钛板材表面制备中熵合金涂层的方法，符合纯钛板材的性能变化规律，可有效改善纯钛板材的显微硬度及强度等力学性能，使其硬化层深度达400‑500μm，且组织更加细小均匀，并且该方法过程操作方便，设备简单，经济实用，技术可靠，效率高，质量稳定，可实现较好的经济效益。

技术领域

本发明涉及金属材料表面加工处理技术领域，具体涉及一种在纯钛板材表面制备含Fe、Ti、Ni或Cr、Ti、Ni超硬中熵合金涂层的方法。

背景技术

高熵合金作为近些年发展起来的新型金属材料，采用至少五种元素以等原子摩尔比或近等原子摩尔比组合熔炼而成，同时其构型熵通常会超过1.5R，导致系统自由能显著降低，从而能够形成简单固溶体相。伴随着对高熵合金研究的推进，研究人员进一步研制出了含有更少组元(2-4种)且构型熵在1-1.5R之间的中熵合金，并在进行合适的加工后，可具有比高熵合金更优异的综合力学性能，同时合金元素含量更少，也进一步降低了制造成本，表现出很好的应用前景。

在众多金属结构材料中，钛及其合金具有比强度高、耐腐蚀性能优良、生物相容性好等优点，在航空航天、海洋和化工等领域得到了广泛的应用。然而，由于钛及其合金的硬度小、耐磨损性能较差，在摩擦工况下经常发生表面失效，严重限制了它们的服役可靠性。长期以来，为改善钛及其合金耐磨性能而进行的表面处理引起了众多研究者的关注。这其中，采用高能量密度激光束熔化材料的激光熔覆技术，作为一种操作简便、加工成本较低的现代表面处理技术，因具有加热快，对基体的热效应小，冷却速度高(可达10⁴-10⁶K/s)，熔覆层厚度通常可控(可达1mm以上)等特点，对于提升金属材料的表面性能非常有效，近年来受到了研究者的广泛关注与应用。

目前利用激光熔覆技术在纯钛表面制备一定厚度的中熵合金涂层，以提升其表面性能以及提高其服役可靠性的研究，鲜有报道。1100

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的上述技术问题，期望提供一种表面处理过程操作方便、设备简单、经济实用、技术可靠、效率高的，在纯钛板材表面获得超硬中熵合金涂层的方法，提高纯钛板材表面的显微硬度、强度及耐磨性能等表面力学性能。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种在纯钛板材表面制备中熵合金涂层的方法，包括以下步骤：

1)工件预处理：清洁纯钛板材工件的表面，以去除其表面氧化层和油污；

2)涂层预置处理：利用有机溶剂将成分为Fe、Ni或Cr、Ni的金属粉末以等摩尔配比混合成糊状，涂覆在预处理后的工件表面，然后将涂敷有金属粉末涂层的工件干燥；

3)工件的脉冲激光表面熔覆处理：对涂层预置处理后的工件进行脉冲激光表面熔覆处理；

4)取出经脉冲激光表面熔覆处理的工件，将工件的表面打磨平整，获得表面具有FeNiTi_x或CrNiTi_x中熵合金涂层的工件，其中x＝1～2，所述中熵合金涂层由Fe、Ni、Ti或Cr、Ni、Ti三种元素组成，涂层构型熵值为1-1.5R(R为气体常数)，其中Cr和Ni或Fe和Ni通过金属粉末引入，Ti通过基体引入。

在本发明的一种优选方案中，所述步骤2)中有机溶剂为聚乙烯醇。