[发明专利]一种具有梯度组合结构的耐蚀耐磨涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有梯度组合结构的耐蚀耐磨涂层及其制备方法，它是在预处理的基体表面通过等离子熔覆方法熔覆合金粉获得大厚度树枝状组织结构的合金层，之后在合金层表面再通过不送粉激光重熔，熔断粗大树枝晶的生长，获得细小的等轴晶组织结构。本发明等离子熔覆之后形成粗大树枝晶结构，树枝晶对基体具有钉桩效应，对后面的激光高速熔覆层具有支撑作用，保障获得大厚度涂层，又强化与基体结合，并且熔融高熵合金粉充分均匀混合。而后续的激光重熔，可以熔断粗大的树枝晶，获得细小致密的等轴晶，阻隔腐蚀介质的传播，提高耐蚀性。

技术领域

本发明涉及一种具有组合结构的耐磨、耐蚀高熵合金涂层材料及制备技术，属于金属材料表面处理领域。具体来讲就是公开了一种利用等离子熔覆加激光重熔复合的高能束表面改性方法，高效率地获得具有树枝晶加等轴晶梯度组合结构的涂层材料。在等离子熔覆保障获得大厚度涂层、基体与涂层实现良好冶金结合的同时，通过大功率高速激光重熔提高涂层表面冷却速度，调控组织结构，提高致密性、降低孔隙率，达到细化晶粒的效果，降低缺陷，提高涂层表面的力学性能以及耐磨、耐蚀性能。

背景技术

海工、化工领域高速运动的轴类、叶片、阀体等大量关键零部件工作在复杂、严苛的磨损、腐蚀环境下，因为工件表面的防护涂层材料以及性能不合乎要求，而大大缩短了使用寿命，既带来安全隐患，也成为消耗最大的易损件。目前常用的提高表面性能的高能束改性方法主要有：激光熔覆、等离子熔覆、激光重熔以及高能束组合工艺等，皆可以在不同的金属材料基材上制备不同的涂层，提高耐磨或者耐蚀性能。

中国专利申请号：201911408079.0，提供了一种提升熔覆层性能的激光处理方法，在激光熔覆涂层表面进行激光重熔，不仅可以一步实现熔覆层孔隙率的降低，进一步提高熔覆层表面的耐磨性能，而且可以实现熔覆层任意区域的大面积和重复性加工，易于实现工业化应用。

中国专利申请号：201911378337.5，公开了一种抑制熔覆层开裂的激光熔覆方法及其制备的熔覆层，先以200～400W功率的激光对基体表面进行预热，再在预热后的基体表面以梯度熔覆方式进行激光熔覆镍基复合粉末，最后以500～800W功率的激光，通过激光重熔对熔覆层进行后处理。该发明有效减少熔覆层的残余应力，抑制熔覆层裂纹产生，提高产品质量，工艺环保，生产成本较低。制备的熔覆层平均硬度可达565HV_0.2，熔覆层残余应力可降低10％～60％。

中国专利申请号：201611063059.0，公开了一种高强度耐腐蚀铝合金型材及其制备方法，该铝合金型材包括铝合金基体和陶瓷涂层，铝合金基体的原料包括：Cu、Si、Fe、Cr、Mg、Mn、Zn、Ti、Li、Ni、Zr、Y、W、V，其余为Al；陶瓷涂层的原料包括：SiC、Cr2O3、NiO、Cr3C2、Al2O3、Si3N4。该发明提出的高强度耐腐蚀铝合金型材，将陶瓷粉末等离子熔覆在铝合金基体表面，再经激光重熔，使得到的铝合金型材具有良好的强度、硬度、抗冲击韧性等力学性能，同时也具有耐腐蚀性与耐磨性好、使用寿命长等优点。

中国专利申请号：201911182206.X，公开了一种高耐磨耐腐蚀等离子熔覆金属涂层及其制备方法，该涂层由含锆镍基碳化钨粉末制备而成，其中，含锆镍基碳化钨粉末由球型碳化钨和含氧化锆镍基合金粘结相构成，球型碳化钨体积百分比为30-40％，镍基合金粘结相体积百分比为60-70％；所述镍基合金粘结相中以质量百分比计，包括1～5％的硅、3～5％的硼、5～10％的碳、0.5～1.5％的锆、5～10％的铬、3～5％的铁，余量为镍。该发明的优点在于通过向镍基碳化钨粉末中添加微量氧化锆粉末，细化了等离子熔覆金属涂层，减少了金属涂层的细微裂纹，改善了金属涂层中镍基粘结相对碳化钨颗粒的把持力，提高了金属涂层的耐磨性，最终获得一种高耐磨耐腐蚀的金属涂层。

采用以上不同的涂层设计和制备方法，可以提高工件的使用寿命。但迄今为止，针对超厚、强冶金结合、涂层晶粒细小的耐磨、耐蚀涂层以及制备方法，获得树枝晶加等轴晶梯度组合结构，同步提高结合力、耐磨耐蚀性能，降低缺陷，尚未见到国内外报道。因此，迫切需要开发耐磨、耐蚀、抗冲击性能好的涂层以及高效率的制备方法，满足不同行业的需求。