[发明专利]用于改善金属基底表面硬度及耐磨性的高熵合金复合涂层及加工方法

说明书

本发明公开用于改善金属基底表面硬度及耐磨性的高熵合金复合涂层及其加工方法，金刚石磨层包括高熵合金成分和金刚石粉末，高熵合金成分包括Fe、Co、Cr、Ni、Al、Ti及与碳同族的Si元素，高熵合金与金刚石粉末微粒接触界面处发生由金刚石到合金界面区域的渗碳，金刚石表层碳与硅之间形成SiC高硬度结构，Si与其他合金之间形成硬质金属硅化物，依靠Si的过渡元素特性在原子层面将金刚石表层原子与合金接触面牢固结合，提升金刚石微粒的固定强度。并且激光熔覆工艺制备的金刚石增强的FeCoCrNiAlTiSi高熵合金复合涂层的表面连续、光滑，表面缺陷较少，涂层与金属基底间结合较好，涂层内部无气孔和缩松缺陷，组织致密性好，显著改善耐磨性。

技术领域

本发明属于耐磨材料领域，具体涉及用于改善金属基底表面硬度及耐磨性的高熵合金复合涂层及加工方法。

背景技术

金刚石属于高硬度材料，常常应用于各种耐磨结构的表层强化。尤其是对于超耐磨材料的表面，金刚石强化后能够大大增强材料的磨损强度，提高设备的使用寿命。现有金刚石耐磨层工艺中一般采用二步法加工金刚石涂层，首先在部件表面加工区域激光熔融金属，形成金属激光熔池，随后将金刚石粉末加入到金属激光熔池中固化，即可获得金刚石膜层。

但这种工艺存在很多显著的缺陷，首先受限于熔池内部金属液体粘性较大，金刚石嵌入的深度不足，很多金刚石粉末无法形成牢固的粘附面，易于脱落，导致金刚石层的使用寿命较短。

其次，这种结构实质上金刚石层与金属层是分层结构，无论怎么样的加工工艺仅仅能制造单层较薄的耐磨区域，使得加工产品的耐磨性能后期下降严重。

第三，金刚石表层为立体网状碳原子规则排布，与所接触的金属界面中金属晶体仅仅是“接触”而非“结合”，金刚石颗粒仍然通过金属空腔包裹而固定，经过一段时间使用后一旦空腔扩大就会导致金刚石颗粒脱落，从而失去耐磨作用。

因此，尽管金刚石耐磨层在工业应用领域有了相当的技术进步，但在如何更好的提升耐磨度、发挥金刚石耐磨作用方面仍有很大的改进空间。

发明内容

用于改善金属基底表面硬度及耐磨性的高熵合金复合涂层及加工方法，提升金刚石微粒与金属基底材料之间的结合强度，有效提升金刚石层的耐磨强度。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

用于改善金属基底表面硬度及耐磨性的高熵合金复合涂层，包括高熵合金和金刚石粉末，高熵合金的表达式为Fe_aCo_bCr_cNi_dAl_eTi_fSi_g，高熵合金与金刚石粉末微粒接触界面处发生由金刚石到合金界面区域的渗碳。

优选的，高熵合金中原子比a-f的比例为1:0.5～1.5:1.1～2.1:0.5～1.4:0.1～1.0:0.2～1.1:0.1～0.8。在本发明的优选方式中，a-f的比例为1：1：1：1:0.5:0.5:0.2。

优选的，所述金刚石粉末占高熵合金的0.1-15wt％。

更进一步的，所述金刚石粉末占高熵合金的3wt％-15wt％，更为优选的，为10wt％-12wt％。

优选的，金刚石粉末的微粒平均粒度为50-80μm。

用于改善金属基底表面硬度及耐磨性的高熵合金复合涂层的加工方法，包括以下步骤：

a.金属基底预处理：将金属基底进行打磨，去除毛刺，打磨表面，去除表面的氧化膜，后经超声清洗，烘干；

b.预置涂层：将纯Fe、Co、Cr、Ni、Al、Ti、Si粉末、金刚石粉末与粘结剂混匀，涂覆于金属基底表面，烘干后获得表面负载有涂层的金属基底；