[发明专利]低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法

说明书

本发明提供了一种低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法，该方法为：将碳钢粉、Cr粉、Cu粉、Mn粉、Al粉机械混合均匀，得到冷喷用粉体，低压冷喷涂至金属基体表面，得到混合粉体涂层，进行感应重熔原位合成，得到低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层。本发明使用低压冷喷涂技术，将冷喷用粉体喷涂到基体上，得到混合粉体涂层；然后对混合粉体涂层进行进行感应重熔原位合成，得到低碳多主元素合金涂层，经过感应重熔后，合金化反应充分，混合粉体涂层的微观组织从纯金属转变为多主元素合金组织(BCC)相，形成合金涂层，组织致密，孔隙率低，能更好的保护基体材料，需要的设备简单，工艺方便。

技术领域

本发明属于合金涂层技术领域，具体涉及一种低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法。

背景技术

多主元素合金是合金材料发展的新趋势，多主元素合金以多组元非晶合金与多组元高熵合金为代表。多主元素合金与传统合金的主要区别是，传统合金以一种或两种元素为主要元素，合金中的其他元素都是微量元素，例如钢铁材料、铜合金、铝合金等；而多主元素合金，有多种主要元素组成，主要元素的含量在5-35％之间，微量元素含量小于5％。多种主要元素导致多主元素合金具有热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应、性能上的“鸡尾酒”效应和组织上的稳定性。这些效应赋予多主元素合金优良的机械性能，如高强度、良好的耐腐蚀性和优异的耐磨性能。目前常见的多主元素合金由Ni、Co、Fe、Cr、Ti、Al、Cu、W、Zr等元素组成。有NiCoCrFeAlCu、CoCrFeAlCu、NiCoCrFeTi、NiCoCrFeW、NiCoCrZrAl等系列多主元素合金。这些新型金属材料适用于许多领域的工程应用，如交通运输、国防或核和生物医学工业等，从而引起工业界的极高期望。由于块体合金材料制备工业零件成本较高，因此人们将多主元素合金制备成表面涂层，用于磨损、腐蚀等工况，不但可以提高金属零件的使用寿命与性能，还能降低制备成本。

可以发现目前常见的多主元素合金涂层中，大多都有Ni、Co、Ti、W、Zr等价格较高的元素。本发明从涂层制备原料方面考虑，剔除高价格的元素，降低原料成本，在降低成本的同时，通过合金化保障涂层的使用性能。本发明提出的低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层，硬度超过NiCoCrFeAlCu多组元高熵合金涂层。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法，该方法使用低压冷喷涂技术，将冷喷用粉体喷涂到基体上，得到混合粉体涂层；然后对混合粉体涂层进行进行感应重熔原位合成，得到低碳多主元素合金涂层，经过感应重熔后，合金化反应充分，混合粉体涂层的微观组织从纯金属转变为多主元素合金组织(BCC)相，形成合金涂层，组织致密，孔隙率低，能更好的保护基体材料，低碳多主元素合金涂层厚度可以控制在100um～3mm，需要的设备简单，工艺方便。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低压冷喷涂辅助原位合成低碳FeCrMnAlCu多主元素合金涂层的方法，该方法为：

S1、将碳钢粉、Cr粉、Cu粉、Mn粉、Al粉机械混合均匀，得到冷喷用粉体；所述碳钢粉由以下质量分数的原料制成：碳1％，余量为Fe；所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：碳钢粉18.38％、Cr粉20.50％、Cu粉20.28％、Mn粉20.24％，余量为Al粉；所述碳钢粉的形貌为类球状雾化粉；所述Cr粉的形貌为由破碎法制备的不规则形状的颗粒粉体；所述Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体；所述Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Al粉为由雾化法制备的球状的雾化颗粒；

S2、将S1中得到的冷喷用粉体，低压冷喷涂至金属基体表面，得到混合粉体涂层；所述低压冷喷涂的工艺参数为：工作气体为压缩空气，载气温度为490℃～510℃，载气压力为0.60MPa～0.80MPa，喷涂距离为10mm～20mm，喷涂速度为0.4m/s～0.6m/s；