[发明专利]一种陶瓷颗粒强化高熵合金熔覆层的方法和应用

说明书

本发明公开了一种陶瓷颗粒强化高熵合金熔覆层的方法和应用，方法包括以下步骤：将WC陶瓷颗粒和FeCoCrNiMn高熵合金粉末混合，球磨2～4小时，干燥，得到混合粉末，其中，所述混合粉末中WC陶瓷颗粒的质量分数为5～15wt.％；利用激光熔覆方法将所述混合粉末熔覆在熔覆基板的表面上，得到熔覆层。本发明采用激光熔覆方法以氩气作为保护气体，在普通金属零部件表面制备出WC陶瓷颗粒强化的FeCoCrNiMn高熵合金熔覆层，具有优良的耐磨性和耐腐蚀性。

技术领域

本发明属于金属材料表面改性技术领域，具体来说涉及一种陶瓷颗粒强化高熵合金熔覆层的方法和应用。

背景技术

Q235低碳钢作为最常用的钢铁材料之一，虽然具有塑性好、焊接性能好等优点，但耐磨性和耐腐蚀性比较差，严重限制了其广泛应用。采用表面改性、覆膜、涂镀等表面强化技术对钢铁材料易被磨损和腐蚀的部位进行处理可以解决这个问题，而激光熔覆技术作为一种重要的表面强化技术近些年来越来越受到人们的重视。

激光熔覆技术是一种利用高能密度激光束在基体表面覆盖一层薄的具有特定性能涂覆材料的表面强化技术，广泛运用于材料表面修复与表面强化。能够作为涂覆材料的种类可以是金属或合金、非金属、化合物或混合物，由于激光能量集中、冷却速度快，所以激光熔覆技术具有熔覆层与基体之间为冶金结合，具有结合强度高、不容易脱落剥离以及加热速度快、能量集中和基体变形小等优点。在价格低廉的材料表面、工作表面上使用激光熔覆，熔覆上更耐磨、耐腐蚀的熔覆层，可以显著提高其性能，降低成本与后续维护费用，而高熵合金便是一种理想的作为熔覆层的材料。

高熵合金又叫多主元高熵合金(High-Entropy Alloy)，由5种或5种以上元素按照等原子比或近等原子比进行混合而形成的固溶体合金，其混合熵较高，故称为高熵合金。高熵合金具有四大效应，分别是高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应和鸡尾酒效应。这四大效应使高熵合金具有较高的强度、硬度与耐磨性、耐腐蚀性等优良的性能，使其具有多方面的应用潜力。

Q235低碳钢的硬度一般为120～140HV_0.2，而FeCoCrNiMn高熵合金的硬度为260～370HV_0.2，虽然FeCoCrNiMn高熵合金本身具备一定的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，但这样的硬度和耐磨性可能会导致FeCoCrNiMn高熵合金熔覆层在实际应用中由于提前被磨损殆尽而无法起到耐腐蚀的作用，并没有极大拓宽该种高熵合金熔覆层的用途。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种陶瓷颗粒强化高熵合金熔覆层的方法。

本发明的另一目的是提供上述方法获得的熔覆层，该熔覆层能够显著提升普通金属材料表面的耐磨性能与耐腐蚀性能，降低成本与后续维护费用。

本发明的另一目的是提供上述方法在提高熔覆层耐磨性和耐腐蚀性中的应用。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种金属表面上形成熔覆层的方法，包括以下步骤：

1)将WC陶瓷颗粒和FeCoCrNiMn高熵合金粉末混合，球磨2～4小时，干燥，得到混合粉末，其中，所述混合粉末中WC陶瓷颗粒的质量分数为5～15wt.％；

在所述步骤1)中，所述FeCoCrNiMn高熵合金粉末的粒度为50-150μm，平均粒度为95μm。

在所述步骤1)中，所述FeCoCrNiMn高熵合金粉末的纯度为99.0-99.5wt％。

在所述步骤1)中，所述FeCoCrNiMn高熵合金粉末的Fe、Co、Cr、Ni和Mn的摩尔比为1:1:1:1:1。

在所述步骤1)中，所述WC陶瓷颗粒的粒度为100-200μm，平均粒度为130μm。