[发明专利]高硬度高耐磨性高熵金属间化合物涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高硬度高耐磨性高熵金属间化合物涂层，其特征在于：分子式为FeCoNiAlCun,n＝0.1‑0.4。按照如下步骤制备：1)粉末配制，选用Fe、Co、Ni和Al金属粉末，按摩尔比1：1：1：1的比例混合均匀，然后加入Cu粉混合均匀；2)粉末球磨，将上述混合粉末置于球磨罐中进行球磨，球磨后的粉末过筛后，放置于真空干燥器中保存备用；3)基材打磨，基材表面进行打磨、清洗干燥；4)激光熔覆涂层制备：采用预制粉末式激光熔覆法在基材表面制备出的FeCoNiAl高熵合金涂层。本发明制备的FeCoNiAlCu_n涂层具有硬度高、涂层表面裂纹开裂倾向小、耐磨性能好等优点。可对传统铁基合金起到良好的防护作用。

技术领域

本发明涉及一种高硬度高耐磨性高熵金属间化合物涂层及其制备方法，属 于金属间化合物涂层技术领域。

背景技术

Ni₃Al是一种具有L1₂型的有序金属间化合物，由于其内部金属键与共价 键共存，因此表现出一系列优异的性能，如质量轻、高硬度、高强度、高耐磨 性和优良抗氧化性能，被广泛认为是一种极具潜力的高温结构材料。

然而，块体Ni₃Al有序合金内部由于Ni-Al共价键的存在，导致脆性较大， 加工困难，很难应用于大型工程构件。因此，需要研制一种高硬度高耐磨性的 难熔高熵合金涂层。

CN106086529公开了一种Co-Ni-Fe-Cu纳米涂层，通过添加Al₂O₃粉末提 高其耐磨性，形成的仅仅是Co、Ni、Fe、Cu混合纳米涂层，而非金属间化合 物涂层。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的提供了一种高硬度高耐磨性高熵金属间 化合物涂层，第二目的在于提供该涂层的制备方法。具有硬度高、涂层表面裂 纹开裂倾向小、耐磨性能好等特点。

为了实现本发明的上述第一目的，本发明提供了一种高硬度高耐磨性高熵 金属间化合物涂层，其特征在于：分子式为FeCoNiAlCu_n,n＝0.1-0.4。

Fe、Co、Ni元素均处于元素周期表第Ⅷ族，原子性质相近且相互作用较 弱，本发明利用Fe、Co、Ni对Ni₃Al有序金属间化合物中的Ni进行置换，同 时加入Cu,获得高熵合金。硬度高、涂层表面裂纹开裂倾向小、耐磨性能好。

本发明的第二目的是这样实现的：一种高硬度高耐磨性难熔的高熵金属间 化合物涂层的制备方法，其特征在于，按照如下步骤制备：

1)粉末配制，选用Fe、Co、Ni和Al金属粉末，按摩尔比1：1：1：1的 比例混合均匀,然后加入Cu，混合均匀；

2)粉末球磨，将上述混合粉末置于球磨罐中进行球磨，球磨后的粉末过 筛后，放置于真空干燥器中保存备用；

3)基材打磨，基材表面进行打磨、清洗干燥；

4)激光熔覆涂层制备：采用预制粉末式激光熔覆法在基材表面制备出的FeCoNiAl高熵合金涂层。

通过激光熔覆制备的FeCoNiAlCux高熵合金涂层具有硬度高、涂层表面裂 纹开裂倾向小、耐磨性能好(图3和4可以看出)，加工容易。

上述方案中：所述步骤1)中Fe、Co、Ni和Al金属粉末的纯度大于等于 99.6％，颗粒度200-300目。

上述方案中：步骤4)中，熔覆法制备涂层时，用氩气保护。

上述方案中：Ar气的纯度大于99％，气流密度大于等于20L·min^-1。

上述方案中：熔覆的激光功率P为2.5-3.5kW，扫描速率v为3-8mm/s， 光斑尺寸20×2mm²，搭接率w 45-55％。