[发明专利]一种高熵合金/陶瓷堆焊药芯焊丝及其制备方法

说明书

本发明属于表面工程应用技术领域，具体涉及一种高熵合金/陶瓷堆焊药芯焊丝及其制备方法，该高熵合金/陶瓷堆焊药芯焊丝具有自润滑耐磨性能。本发明提出的具有自润滑耐磨的高熵合金/陶瓷堆焊药芯焊丝由外皮和芯部药粉组成。芯部药粉按质量分数计，包括以下成分：Al_0.5CoCrFeNiMnCu_x高熵合金粉末：70～98％，陶瓷粉末：2～30％；其中x＝1～2.5。并提出了一种利用机械合金化制备所述堆焊药芯焊丝的方法。本发明的具有自润滑耐磨的高熵合金/陶瓷堆焊药芯焊丝制备方法简单，性价比高，本发明的焊丝制备的涂层同时具备自润滑和颗粒增强的功能，可用于改善金属构件表面的耐磨性，并可对受磨损破坏的构件进行表面修复。

技术领域

本发明属于表面工程应用技术领域，具体涉及一种高熵合金/陶瓷堆焊药芯焊丝及其制备方法，该高熵合金/陶瓷堆焊药芯焊丝具有自润滑耐磨性能。

背景技术

摩擦磨损是造成能量损耗和零件失效的重要原因，每年因此造成的能源浪费约占全球能源消耗的23％，同时60％以上的机械零件失效是由于磨损造成的。传统合金设计理论经过长时间的发展及改良已达到瓶颈，不可能在短时间内得到重大突破。高熵合金设计理念跳出了传统合金设计理论的框架，开辟了一条新型的合金设计之路。高熵合金由至少5种以上的元素按照等原子比或接近等原子比合金化而成，同时兼具良好的物理化学性能和力学性能，是一种极具应用前景的新型合金材料。

然而目前高熵合金一般为BCC型高熵合金，其塑性较差，很难由块体制备成丝材；另外，由于高熔点，通过雾化制粉技术难以将其雾化，且成分也难以均匀化。这限制了高熵合金在表面工程领域的应用。现有制备高熵合金涂层的方法为激光熔覆技术，但通常采用预置混合粉末的方法，对于实际金属构件该方法操作难度较大，生产率低。因此，如何在表面工程领域有效利用高熵合金的性能优点已成为亟待解决的问题。

在应用于表面工程时，通常要求材料具有良好的力学性能，特别是耐磨性。目前主要是从提高硬度的角度来增加材料的耐磨性，目前主要是从提高硬度的角度来增加材料的耐磨性，硬度的提高主要来源于陶瓷等增强体含量的增加。陶瓷具有高强度、高硬度、耐磨损、抗氧化和耐腐蚀等诸多优异性能，利用陶瓷颗粒增强金属基制备出的复合涂层强度、硬度、耐磨性得到明显改善。但是，陶瓷颗粒与传统合金的润湿性较差，致使界面易于形成孔隙而诱发裂纹形核，最终不利于磨损性能的提高。同时，陶瓷颗粒含量过多时难以均匀分布在基体中不利于性能提高，因此提高材料耐磨性不应仅局限在提高硬度的角度上。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有自润滑耐磨的高熵合金/陶瓷堆焊药芯焊丝及其制备方法。

本发明的另一个目的是利用Cu的润滑作用配合硬质陶瓷颗粒进一步提高涂层耐磨性的上限。

本发明提出的具有自润滑耐磨的高熵合金/陶瓷堆焊药芯焊丝由外皮和芯部药粉组成。外皮材质选用纯铜。芯部药粉按质量分数计，包括以下成分：

Al_0.5CoCrFeNiMnCu_x高熵合金粉末：70～98％，陶瓷粉末：2～30％；其中x＝1～2.5。各金属元素的脚标代表相应元素在高熵合金中所占的原子比。

其中各元素或组分的作用如下：

陶瓷粉末：选用的陶瓷种类可以为TiC、SiC、WC、ZrO₂、Al₂O₃和NbC中的一种或两种混合，陶瓷粉末作为硬质增强体加入高熵合金中起到提高硬度及耐磨性的作用。

CoCrFeNiMn：该高熵合金具有良好的塑韧性，并具有一定强度和硬度，对陶瓷颗粒起到很好的固定和粘附作用。在高熵合金的基础上加入陶瓷颗粒能大幅度提高硬度及耐磨性，同时两者间粘合能力较好，减少孔隙的形成。